Title of article :
A Coupled Rigid-viscoplastic Numerical Modeling for Evaluating Effects of Shoulder Geometry on Friction Stir-welded Aluminum Alloys
Author/Authors :
Fabregas Villegasa, J Departamento de Ingeniería mecánica - Grupo IMTEF - Universidad Autónoma del Caribe, Barranquilla, Colombia , Martínez Guarín, A Departamento de Ingeniería mecánica - Grupo ICT - Universidad de Córdoba, Montería, Colombia , Unfried-Silgado, J Departamento de Ingeniería mecánica - Grupo ICT - Universidad de Córdoba, Montería, Colombia
Abstract :
Shoulder geometry of tool plays an important role in friction-stir welding because it controls thermal interactions and heat generation. This work is proposed and developed a coupled rigid-viscoplastic numerical modeling based on computational fluid dynamics and finite element calculations aiming to understand these interactions. Model solves mass conservation, momentum, and energy equations in three dimensions, using appropriate boundary conditions, considering mass flow as a non-Newtonian, incompressible, viscoplastic material. Boundary conditions of heat transfer and material flow were determined using a sticking/sliding contact condition at tool / workpiece interface. Thermal history, as well as shear stress and rotational speed fields, forces and torque values for three shoulder geometry conditions were calculated. Numerical results of thermal history, torque and forces during welding showed good correlation with experimentally measured data.
Farsi abstract :
هندسه شانه اي از ابزار نقش مهمي در جوشكاري اصطكاك ايفا مي كند، زيرا كنترل اثر متقابل حرارتي و توليد گرما را كنترل
مي نمايد. در اين كار، يك مدل سازي عددي مشخص و ويسكوپلاستيك با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي و محاسبات
عناصر محدود با هدف درك اين تعاملات ارائه شده است. مدل حل معادلات حفاظتي جرم، حركتي و انرژي را در سه بعد،
با استفاده از شرايط مرزي مناسب، با توجه به جريان جرم به عنوان مواد غيرنيوتني، ناپايدار، ويزوپلاستي. شرايط مرزي انتقال
حرارت و جريان مواد با استفاده از يك وضعيت تماس كششي/كششي در رابط ابزار/قطعه كار اندازه گيري شد. تاريخچه
حرارتي، همچنين تنش برشي و ميدان هاي سرعت چرخشي، نيروها و مقادير گشتاور براي سه حالت هندسي شانه محاسبه
شده است. نتايج عددي تاريخ حرارتي، گشتاور و نيروها در طي جوشكاري همبستگي خوب با داده هاي آزمايش شده را
نشان مي دهد.
Keywords :
Plasticity , Heat Generation , Aluminum Alloy , Finite Element Model , Friction Stir Welding