بررسی المان محدودی توزیع حرارت در قطعات جوشکاری با استفاده از روش مش تطبیقی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی جوش، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 استادیار، پژوهشکده فناوریهای نو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

4 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله با استفاده از روش المان محدود تطبیقی به تحلیل حرارتی المان‌های ورق در حال جوشکاری به‌منظور دستیابی به یک شبیه‌ساز فرآیند جوشکاری پرداخته می‌شود. هدف از این شبیه‌ساز، کاهش هزینه‌های آموزش جوشکاری می‌باشد. با افزایش سرعت محاسبات انتقال حرارت در مقایسه با روش‌های رایج المان محدود، این روش زمان محاسبات کمتری دارد و توسعه‌ شبیه‌ساز را امکان‌پذیر می‌کند. لذا از آن به‌عنوان موتور فیزیکی شبیه‌ساز جوشکاری استفاده خواهد شد. مهم‌ترین پارامتر در تحلیل بلادرنگ سرعت محاسبات، دقت می‌باشد. لذا روش مش تطبیقی در حالت پالایش-اچ استفاده و تحلیل حرارتی فرآیند به روش مش ثابت و مش تطبیقی انجام می‌شود. در ابتدا به حل معادله حرارتی پرداخته ‌شده سپس ماتریس سختی، ماتریس ظرفیت و سایر پارامترها به-دست آورده می‌شود. همچنین المان‌ها به‌صورت تتراهدال 3 بعدی به‌کمک 3 مختصه‌ی خود درنظر گرفته می‌شوند. برای اعمال شار حرارتی ناشی از قوس جوشکاری از مدل قوسی پائولیک استفاده می‌گردد. پارامترهای موردمطالعه در معادلات، ولتاژ، جریان، سرعت جوشکاری و خصوصیات ورق جوشکاری هستند که بصورت متغییر با دما در نظر گرفته شد. مقایسه زمان و دقت نتایج به‌دست آمده سیکل حرارتی حاصل از جوشکاری الکترود دستی به روش مش تطبیقی نشان می‌دهد که کاهش مطلوب زمان محاسبات، تأثیر نامناسبی بر دقت نتایج حاصل نمی‌گذارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Muraki T, Masubuchi K (1975) Analysis of thermal stresses and metal movement during welding. J Eng Mater-T ASME 97(1):85.

[2] Karlsson RI, Josefson BL (1990) Three-dimensional finite element analysis of temperatures and stresses in a single-pass butt-welded pipe. J Press Vess-T ASME 112: 76-84.

[3] Murthy YV, Rao G (1996) Numerical simulation of welding and quenching processes using transient thermal and thermo-elastic-plastic formulations. Comput Struct 60(1): 131-154.

[4] Kassab HC (2012) Experimental and finite element analysis of a T-joint welding. J Mech Eng Automat 2(7): 411-421.

[5] Eagar N (1983) Temperature fields produced by travelling distributed heat sources. Weld J 62(12): 346-355.

[6] Pathak G (2004) Three-dimensional finite element analysis to predict the different zones of microstructure in submerged arc welding. P I Mech Eng B-J Eng 218(3): 269-280.

[7] Mahapatra G, Pradhan B (2006) Three-dimensional    finite element analysis to predict the effects of SAW process parameters on temperature distribution and angular distortions in single-pass butt joints with top and bottom reinforcements. Int J Pres Ves Pip 83(10): 721-729.

[8] Nezamdost M, Hashemi SH, Mirbozorgi SA (2016) Investigation of temperature and residual stresses field of submerged arc welding by finite element method and experiments. Int J Adv Manuf Tech 87(1-4): 1-10.

[9] Anca A, Risso J, Fachinotti V (2011) Finite element modeling of welding processes. Appl Math Model 35(2): 688-707.

[10] Franca K (1994) Adaptive finite element Analysis of transient thermal problems. Numer Heat Tr B-Fund 26 (3): 273-292.

[11] Stasa F (1985) Applied finite element analysis for engineers. HRW series in mechanical engineering.

[12] Rosenthal D (1946) The theory of moving sources of heat and applications to metal treatments. ASME 11: 849-866.

[13] Rykalin N (1951) Calculations of heat processes in welding. 42nd Annual Meeting of the American Welding Society.

[14] Goldak A, Bibby M (1984) A new finite element model for welding heat sources. Metall Mater Trans 15(2) : 299-305.

[15] Teixeira P, Cunda L (2014) Study of the gaussian distribution heat source model applied to numerical thermal simulations of TIG welding processes. Ciencia Eng 23(1): 115

[16] هادی‌نژاد رودی ع (1395) بررسی عددی توزیع حرارت در قطعات جوشکاری با استفاده از المان محدود. دومین کنفرانس بین­المللی جوشکاری و آزمایش­های غیرمخرب.

[17] Cook R, Malkus D, Plesha M, Witt R (2001) Concepts and applications of finite element analysis. John Wiley and Sons.

[18] Gharebaghi S (1382) Adaptive mesh refinement in modeling of localization problems. 6th International Conference on Civil Engineering, Isfahan.

[19] Bornemann B (1993) Adaptive multilevel methods in three space dimensions. Int J Numer Meth Eng 36(18) : 3187-3203.