Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12674
Title: Υπολογιστική και πειραματική μελέτη της συγκόλλησης δια τριβής και ανάδευσης για το αεροναυπηγό κράμα αλουμινίου AA2024
Other Titles: Computational and experimental study of friction stir welding for the aerospace aluminum alloy AA2024
Authors: Φελέκης, Γεώργιος
Keywords: Θερμομηχανικό μοντέλο προσομοίωσης fsw
Πεπερασμένα στοιχεία
Αναπτυσσόμενες θερμοκρασίες
Στρεβλώσεις
Πειραματικές μετρήσεις
Keywords (translated): Thermomechanical simulation model fsw
Finite Element Analysis
Developing temperatures
Distortions
Experimental measurements
Abstract: Η συγκόλληση δια τριβής με ανάδευση (Friction Stir Welding-FSW) είναι μία μη συμβατική μέθοδος συγκόλλησης, η οποία στοχεύει στη συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου που έχουν χαμηλό σημείο τήξης μέχρι πρότινος δεν ήταν να συγκολληθούν με τις συμβατικές μεθόδους συγκόλλησης. Ακόμη, η μέθοδος FSW, επειδή είναι μια μέθοδος συγκόλλησης στερεάς δεν επηρεάζει σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του συγκολλημένου υλικού. Λόγω, όμως, των έντονων θερμικών και μηχανικών φορτίων που ασκούνται στις προς συγκόλληση πλάκες, η μέθοδος αυτή παρουσιάζει μερικά μειονεκτήματα. Αυτά είναι οι ανάπτυξη παραμενουσών τάσεων (ΠΤ) και στρεβλώσεων, οι οποίες επηρεάζουν τη δομική ακεραιότητα της κατασκευής και προκαλούν προβλήματα στη συναρμολόγηση και τη λειτουργικότητα της κατασκευής, αντίστοιχα. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η ανάπτυξη ενός αριθμητικού μοντέλου προσομοίωσης της διεργασίας FSW με την χρήση του εμπορικού κώδικα Πεπερασμένων Στοιχείων ANSYS Mechanical APDL, για την μελέτη των αναπτυσσόμενων θερμοκρασιών, των παραμενουσών τάσεων και των στρεβλώσεων. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν τέσσερεις συγκολλήσεις, σε αεροναυπηγικό κράμα αλουμινίου AA2024, με σκοπό την μελέτη των πραγματικών συγκολλήσεων και την σύγκριση των αποτελεσμάτων τους με τα υπολογιστικά. Από τη σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων και των αριθμητικών προβλέψεων προέκυψε πως το αριθμητικό μοντέλο οδηγεί σε ακριβή πρόβλεψη του θερμοκρασιακού ιστορικού, αλλά δεν έχει τη δυνατότητα ακριβούς πρόβλεψης των αναπτυσσόμενων στρεβλώσεων. Ο λόγος για αυτό ήταν ότι ο βαθμός σύσφιξης, δηλαδή η ασκούμενη δύναμη του συστήματος συγκράτησης προς τις πλάκες, στα πειράματα δεν ήταν ο ίδιος με αυτόν που εφαρμόστηκε στον μοντέλο μας. Ακόμη, πειραματικά παρατηρήθηκε το φαινόμενο του λυγισμού λόγω των αναπτυσσόμενων ΠΤ που ξεπερνούσαν την κρίσιμη αντοχή λυγισμού, με αποτέλεσμα την απόκλιση από τα αποτελέσματα που προέκυψαν υπολογιστικά. Τέλος, παρατηρήθηκαν στις τρεις από τις τέσσερις συγκολλήσεις η ατέλεια «μη πλήρωσης της επιφάνειας» λόγω της μεγάλης ταχύτητας πρόωσης ή της μικρής ταχύτητας περιστροφής που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα, με αποτέλεσμα να μην αναδευτεί κατάλληλα το υλικό των δύο πλακών από το εργαλείο συγκόλλησης.
Abstract (translated): Friction Stir Welding (FSW) is an unconventional welding process that aims to weld aluminum alloy with a low melting point until recently not welded to conventional welding methods. Still, the FSW method, because it is a solid welding method, does not significantly affect the mechanical properties of the welded material. However, due to the intense thermal and mechanical loads exerted on the slabs to be welded, this method presents some drawbacks. These are the development of residual stresses and distortions which affect the structural integrity of the structure and cause problems in the assembly and functionality of the structure, respectively. The purpose of this diploma thesis is to develop a numerical simulation model of the FSW process using the ANSYS Mechanical APDL Finite Elementary Code to study the developing temperatures, residual stresses and distortions. Then, four AA2024 aluminum alloy welding was performed to study the actual welds and compare their results with the computational. The comparison of experimental measurements and numerical predictions revealed that the numerical model leads to an accurate prediction of the temperature history but it is not possible to accurately predict the developing distortions. The reason for this was that the degree of clamping, i.e. the force of the restraint system towards the plates, in the experiments was not the same as that applied to our model. In addition, the buckling phenomenon was observed experimentally due to the developing RS that exceeded the critical strength buckling, resulting in the deviation from the results obtained computationally. Finally, οn three out four welds the defect of "surface lack of fill" was observed i.e. to the high welding speed or the low rotation speed, thus not adequately stirring the material of the two plates by the tool.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ_ΕΡΓΑΣΙΑ_246848_ΦΕΛΕΚΗΣ_ΓΕΩΡΓΙΟΣ.pdf4.34 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons