بررسي تجربي و عددي اثر تنش پسماند جوشكاري بر فركانس هاي طبيعي

Effect of welding residual stress on natural frequencies using experimental and numerical analysis

فرآيند ساخت، باعث بوجود آمدن تنش‌پسماند در سازه ها مي شود. فرآيندهايي چون جوشكاري نيز در بوجود آمدن اين تنش‌ها دخيل بوده و بنا به كاربرد، مي‌توانند مفيد يا مضر باشند. براي اندازه‌گيري تنش‌پسماند غالبا بايد از تست‌هاي پرهزينه و زمان‌بر بهره جست، اين درحالي‌است كه تست‌مودال بسيار كم‌هزينه و سريع مي‌باشد. در مواردي كه تغييرات دقيق تنش مد‌نظر نبوده و تنها تغييرات كيفي آن مورد‌نظر است، تست‌مودال جايگزين مناسبي براي تست‌هاي اندازه‌گيري تنش‌پسماند مي‌باشد. در مقاله حاضر، ابتدا قطعه آلومينيومي تحت آناليز‌مودال تجربي قرار گرفته، سپس قطعات جوشكاري‌شده تحت تست‌مودال قرار مي‌گيرند و فركانس هاي طبيعي قبل و بعد از جوشكاري مقايسه مي‌شوند. لازم بذكر است، تست مودال تجربي بوسيله روابط اولر-برنولي صحت‌سنجي شده است. علاوه بر آناليز‌مودال تجربي، مدلسازي عددي فرآيند جوشكاري نيز صورت پذيرفته و علاوه‌ بر صحت‌سنجي شبيه‌سازي فرآيند، نتايج عددي با نتايج تجربي مقايسه شده‌اند. مشاهده مي‌شود جوشكاري موجب سخت‌شدن قطعه شده و فركانس‌هاي طبيعي سازه را افزايش مي‌دهد. اين سختي محلي تمامي فركانس‌هاي طبيعي قطعه را حدود 2 درصد افزايش داده كه اين بررسي توسط تحليل عددي نيز صورت پذيرفته‌ است. در اين مقاله به بررسي كمي اثر تنش‌پسماند ناشي از جوشكاري برروي تغييرات فركانس‌هاي طبيعي قطعه حاضر پرداخته مي‌شود. از مقايسه فركانس‌هاي طبيعي سازه مي‌توان به وجود تنش‌پسماند پي‌برد و تغيير فركانس بوجود آمده را با تنش‌پسماند ايجاد شده مرتبط دانست.

The manufacturing processes mostly generate residual stresses in structures. Welding as well, can cause these types of stresses which can be useful or detrimental in different cases. Expensive and time-consuming tests should be conducted to measure residual stresses, however, modal testing is widely available providing results conveniently and quickly. In cases in which the qualitative changes in stress is required, experimental modal testing is a suitable substitute for residual stress measurement processes. In this paper, experimental modal analysis have been conducted on an aluminum specimen, also the same procedure has been done on welded specimens. Natural frequencies are compared before and after the welding along with verification of experimental modal analysis integrity using Euler-Bernoulli relations. In addition to experimental modal analysis, finite element modeling of welding process has been done comparing the numerical and experimental results. The results obtained from the investigation have shown that welding made the structure harder leading to elevation of its natural frequencies. This increase in frequencies are associated with residual stresses generated in welding process. By comparing natural frequencies of the specimens, a quantitative relation can be drawn between the residual stress caused by welding and changes of natural frequencies.