بررسی تجربی و عددی شکست اتصال جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار معمولی و ماسوره‌ای آلومینیوم 6061-T6 با استفاده از روش مکانیک آسیب GTN

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

3 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

هدف از این مطالعه، بررسی تجربی و عددی شکست اتصال جوش‌­کاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 6061-T6 تحت آزمون کششی-برشی با استفاده از روش مکانیک آسیب می­‌باشد. در گذشته به دلیل مشکل در ایجاد جوش­‌های با استحکام بالا و مقاوم به خستگی و خوردگی در آلیاژهای آلومینیوم، استفاده از جوش‌­کاری را در این صنایع محدود کرده بود، اما با ظهور فرایند جوش­‌کاری اصطکاکی اغتشاشی، استفاده از آلیاژهای آلومینیوم مورد توجه قرار گرفته و جوش‌­کاری آنها امکان­‌پذیر شده است. استفاده از مواد سبک بویژه آلیاژهای آلومینیوم در صنایع خودروسازی، کشتی­‌سازی و هوافضا به سرعت در حال افزایش است و کارکرد این آلیاژها نیازمند توسعه­‌ی روش­‌های اتصال­‌دهی و جوش‌­کاری می‌­باشد. لذا بررسی و تحلیل جوش اصطکاکی اغتشاشی دارای اهمیت بسیار بالایی می‌­باشد. در این مطالعه جهت بررسی شکست اتصال جوش اصطکاکی اغتشاشی از روش مکانیک آسیب گارسون- تورگارد- نیدلمن استفاده شده است. شبیه‌­سازی شکست اتصال جوش تحت بارگذاری کششی- برشی با بکارگیری روش المان محدود صورت گرفت و از روش مکانیک آسیب برای تحلیل شکست استفاده شده است. جهت صحت سنجی مدل، 8 نمونه شامل 4 نمونه جوش­‌کاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار معمولی و 4 نمونه جوش‌­کاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار ماسوره­ای، جوش‌­کاری شده و استحکام شکست آنها تحت آزمون تجربی کششی-برشی اندازه‌­گیری شده است. مقایسه میان نتایج مدل مکانیک آسیب و آزمون تجربی نشان می­‌دهد مدل مکانیک آسیب گارسون دارای دقت نسبتا مطلوبی در پیش‌­بینی نیروی شکست می­‌باشد. همچنین نتایج بدست آمده نشان می‌­دهد که از مدل المان محدود ارائه شده می‌­توان بخوبی برای پیش‌­بینی نقطه شروع و چگونگی شکست در اتصال جوش­‌کاری اصطکاکی اغتشاشی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental and numerical study on failure of friction stir welded AA6061-T6 joint in conventional and bobbin tool under tensile-shear test using GTN model

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mahdi Entezarian 1
  • Davood Afshari 2
  • Mohammad Karimi Ivanaki 3
1 Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده [English]

The main purpose of this study is experimental and numerical investigation on failure of friction stir welded AA6061-T6 joint under tensile-shear test using damage model. In the past, due to the problem of development in high-strength welds, fatigue and corrosion resistance in aluminum, the use of welding in these industries was limited. However, with the advent of the friction stir welding process, aluminum alloys has been considered and their welding has become possible. The use of lightweight materials, especially aluminum alloys in the automotive, shipbuilding and aerospace industries is increasing rapidly and the operation of these alloys requires the development of joining and welding methods. Therefore, the study and analysis of friction stir welding is substantial. In this study Gurson-Tevergaard- Needleman (GTN) model is utilized to study the failure of welded joint. A finite element (FE) model is developed to simulate failure of the welded joint under tensile-shear test. To validate the model, 8 samples including 4 samples of friction stir welds with conventional tool and 4 samples with bobbin tool are welded with different welding parameters to obtain failure. The comparison between experimental and FE model results shows that the GTN model has a good reliability to predict the failure force. In addition, the results show that the FE model can predict truly the starting of failure in the welded joint.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction stir welding
  • Damage Model
  • Gurson-Tevergaard-Needleman
  • AA6061-T6
  • Bobbin Tool

مراجع

[1] R. S. Mishra, Z. Y. Ma, Friction Stir Welding and Processing, Center for Friction Stir Processing, Department of Materials Science and Engineering, University of Missouri, Rolla, Mo 65409, USA, 2005.
[2] M. Springmann, M. Kuna, Identification of material parameters of the Gurson-Tvergaard-Needleman model by combined experimental and numerical techniques, Computational Materials Science, Vol. 32, No. 4, pp. 544–552, 2005.
[3] K. L. Nielsen, Predicting failure response of spo welded joints using recent extensions to the Gurson model, Computational Materials Science, Vol. 48, No. 1, pp. 71–82, 2010.
[4] S. Sommer, Modeling of the fracture behavior of spot welds using advanced micro-mechanical damage models, Materials Science Engineering, Vol. 10, 2010.
[5] K. L. Nielsen, V. Tvergaard, Ductile shear failure or plug failure of spot welds modelled by modified Gurson model, Engineering Fracture Mechanic, Vol. 77, No. 7, pp. 1031–1047, 2010.
[6] M. Mashaiekhi, E, Sharifi, Damage models and steel parameters’ investigation, Scientific Journal of aerospace Mechanics, Vol. 5, pp. 65-75, 2009. (in Persian)
[7] G. Q. Sun, F. Y. Sun, F. L. Cao, s. J. Chen, M. E. Barkey, Numerical simulation of tension properties for Al-Cu alloy friction stir –welded joints with GTN Damage model, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 24, pp. 4358-4363, 2015.
[8] B. Qiang, X. Wang, Ductile crack growth behaviors at different locations of a weld joint for an X80 pipeline steel: A numerical investigation using GTN models, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 213, pp. 264-279, 2019.
[9] A. M. Remmal, V. VassiliParaskevaidis, S. Marie, A. Blouin, S. Chapuliot, Prediction of ductile crack growth in a narrow gap Inconel dissimilar weld, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 173, pp. 94-100, 2019.
[10] X. Wu, J. Shuai, K. Xu, Z. Lv, K. Shan, Determination of local true stress-strain response of X80 and Q235 girth-welded joints based on digital image correlation and numerical simulation, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 188, 2020.
[11] R. A. Yildiz, S. Yilmaz, Experimental investigation of GTN model parameters of 6061 Al alloy, European Journal of mechanics, Vol. 83, pp. 1-10, 2020.
[12] AWS/SAE D8.9M:2012, Recommended practice for test methods for evaluating the resistance spot welding behavior of automotive sheet stee materials, An American National Standard, 2012.
[13] A. L. Gurson, Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth: part I—yield criteria and flow rules for porous ductile media, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 99, No.1, pp. 2-19, 1977.
[14] V. Tvergaard, A. Needleman, Analysis of the cupcone fracture in a round tensile bar, Acta Metallurgica, Vol. 32, pp. 157–169, 1984.
[15] H. Yu, K. Tueu, C. Lu, Y. Lou, X. Liu, A. Godbole, C. Kong, Tensile fracture of ultrafine grained aluminum 6061 sheets by asymmetric cryorolling for microforming. International Journal of Damage Mechanics, Vol. 23, pp. 1077-1095, 2014.
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 9، شماره 3
خرداد 1401
صفحه 46-55

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار