بررسی تجربی و عددی اثر تنش پسماند جوشکاری بر فرکانس های طبیعی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

چکیده

فرآیند ساخت، باعث بوجود آمدن تنش‌پسماند در سازه ها می شود. فرآیندهایی چون جوشکاری نیز در بوجود آمدن این تنش‌ها دخیل بوده و بنا به کاربرد، می‌توانند مفید یا مضر باشند. برای اندازه‌گیری تنش‌پسماند غالبا باید از تست‌های پرهزینه و زمان‌بر بهره جست، این درحالی‌است که تست‌مودال بسیار کم‌هزینه و سریع می‌باشد. در مواردی که تغییرات دقیق تنش مد‌نظر نبوده و تنها تغییرات کیفی آن مورد‌نظر است، تست‌مودال جایگزین مناسبی برای تست‌های اندازه‌گیری تنش‌پسماند می‌باشد. در مقاله حاضر، ابتدا قطعه آلومینیومی تحت آنالیز‌مودال تجربی قرار گرفته، سپس قطعات جوشکاری‌شده تحت تست‌مودال قرار می‌گیرند و فرکانس های طبیعی قبل و بعد از جوشکاری مقایسه می‌شوند. لازم بذکر است، تست مودال تجربی بوسیله روابط اولر-برنولی صحت‌سنجی شده است. علاوه بر آنالیز‌مودال تجربی، مدلسازی عددی فرآیند جوشکاری نیز صورت پذیرفته و علاوه‌ بر صحت‌سنجی شبیه‌سازی فرآیند، نتایج عددی با نتایج تجربی مقایسه شده‌اند. مشاهده می‌شود جوشکاری موجب سخت‌شدن قطعه شده و فرکانس‌های طبیعی سازه را افزایش می‌دهد. این سختی محلی تمامی فرکانس‌های طبیعی قطعه را حدود 2 درصد افزایش داده که این بررسی توسط تحلیل عددی نیز صورت پذیرفته‌ است. در این مقاله به بررسی کمی اثر تنش‌پسماند ناشی از جوشکاری برروی تغییرات فرکانس‌های طبیعی قطعه حاضر پرداخته می‌شود. از مقایسه فرکانس‌های طبیعی سازه می‌توان به وجود تنش‌پسماند پی‌برد و تغییر فرکانس بوجود آمده را با تنش‌پسماند ایجاد شده مرتبط دانست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Friedman E (1975) Thermomechanical analysis of the welding process using the finite element method. J Press Vess-T ASME 97(3): 206-213.

[2] Qu L, Wei F, Huang J, Zhoa H (2013) Numerical Modal analysis for influence of initial deflection and residual stress on welded I-steel beam. JWRHE.

[3] Aykan M, Nevzat Ozguven H (2013) Topics in modal analysis, volume 7: proceedings of the 31st imac, a conference on structural dynamics. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series 45.

[4] Lira de Brito V, Pena AN, Pimentel RL, Vital de Brito JL (2014) Modal tests and model updating for vibration analysis of temporary grandstand. Adv Struct Eng 17(5): 721-734.

[5] Narayana KL, Jebaraj C (1999) Sensitivity analysis of local/global modal parameters for identification of a crack in a beam. J Sound Vib 228(5): 977-994.

[6] Husain NA (2011) Detection of damage in welded structure using experimental modal data. 9th International Conference on Damage Assessment of Structures (DAMAS 2011), Journal of Physics: Conference Series 305: 012120.

[7] Abdul Rani MN (2011) Model updating for a welded structure made from thin steel sheets. Appl Mech Mater 70: 117-122.

[8] Hu B, Richardson IM (2006) Mechanism and possible solution for transverse solidification cracking in laser welding of high strength aluminum alloys. Mater Sci Eng A 429: 287-294.

[9] Rao SS, Yap FF (1995) Mechanical vibrations. Vol. 4, Addison-Wesley, New York.

[10] Arthur WL (1969) Vibration of plates. NASA Pub.

[11] ASM handbook (1993) Properties and Selection nonferrous alloys and special –purpose materials. Vol. 2.

[12] Syahroni N, Hidayat MIP (2012) Numerical simulation – from theory to industry. Chapter 24, 3D finite element simulation of T-joint fillet weld: Effect of various welding sequences on the residual stresses and distortions. 585-588.

[13] Rao SS (2007) Vibration of continuous systems. Wiley.

[14] Yang YP, Jung G, Yancey R (2005) Finite Element modeling of vibration stress relief after welding. American Society of Materials.

[15] Ewins DJ (2000) Modal testing: theory, practice and application. Vol. 2, Research studies press Baldock.

[16] Sasaki K, Kishida M, Itoh T (1997) The Accuracy of residual stress measurement by the hole-drilling method. Exp Mech 37(3).

[17] Kong F, Kovacevic R (2010) 3D finite element modeling of the thermally induced residual stress in the hybrid laser/arc welding of lap joint. J Mater Process Tech 210(6): 941-950.

[18] Shiquan S, Huandong X, Lihai W (2011) The Application of modal analysis in hole-defect in lumber. Key Eng Mat 467-469: 1776-1780.

[19] Sun W (2009) Current capabilities of the thermo-mechanical modeling of welding processes. J Multiscale Modelling 01(03n04): 451-478.

[20] Khandkar H, Khan JA, Reynolds AP, MA Sutton (2006) Predicting residual thermal stresses in friction stir welded metals. J Mater Process Tech 174: 195-203.

[21] Zhu XK, Chao YJ (2002) Effects of temperature-dependent material properties on welding simulation. Comput Struct 80: 967-976.

[22] Fanous IFZ, Younan MYA, Wifi AS (2003) 3D Finite element modeling of the welding process using element birth and element movement techniques. ASME 2002 Pressure Vessels and Piping Conference: American Society of Mechanical Engineers 165-172.

[23] Chao YJ, Qi X, Tang W (2003) Heat Transfer in friction stir welding—experimental and numerical studies. J Manuf Sci E-T ASME 125: 138-145.

[24] Schellhaase M (1985) Der schweisslichtbogen ein technologisches werkzeug. VEB Verlag Technick (DVS), Berlin.

[25] Radaj D (1992) Heat effects of welding. Springer-Verlag.

[26] Murugan N, Narayanan R (2009) Finite element simulation of residual stresses and their measurement by contour method. Mater Design 30: 2067-2071.

[27] Aoki S, Nishimura T, Hiroi T, Hirai S (2007) Reduction method for residual stress of welded joint using harmonic vibrational load. Nucl Eng Des 237: 206-212.

[28] Buschow KHJ, Cahn RW (2005) Residual stresses and distortion in welds, encyclopedia of materials: Science and Technology. Elsevier.