بررسي تجربي و عددي شكست اتصال جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي با ابزار معمولي و ماسوره‌اي با استفاده از روش مكانيك آسيب GTN

Experimental and numerical study on failure of friction stir welded AA6061-T6 joint in conventional and bobbin tool under tensile-shear test using GTN model

هدف از اين مطالعه، بررسي شكست اتصال جوش اصطكاكي اغتشاشي آلومينيوم 6061-T6 تحت آزمون كششي-برشي با استفاده از روش مكانيك آسيب مي‌باشد. در گذشته به دليل مشكل در ايجاد جوش‌هاي با استحكام بالا و مقاوم به خستگي و خوردگي در آلياژهاي آلومينيوم، جوش‌كاري را در اين صنايع محدود كرده بود، اما با ظهور فرايند جوش‌كاري اصطكاكي اغتشاشي، استفاده از آلياژهاي آلومينيوم مورد توجه قرار گرفته و جوش‌كاري آنها امكان‌پذير شده است. استفاده از مواد سبك بويژه آلياژهاي آلومينيوم در صنايع خودروسازي، كشتي‌سازي و هوافضا به سرعت در حال افزايش است و كاركرد اين آلياژها نيازمند توسعه‌ي روش‌هاي اتصال‌دهي و جوش‌كاري مي‌باشد. لذا بررسي و تحليل جوش اصطكاكي اغتشاشي داراي اهميت بسيار بالايي مي‌باشد. در اين مطالعه جهت بررسي شكست اتصال جوش اصطكاكي اغتشاشي از روش مكانيك آسيب گارسون- تورگارد- نيدلمن استفاده شده است. شبيه‌سازي شكست اتصال جوش تحت بارگذاري كششي- برشي با بكارگيري روش المان محدود صورت گرفت و از روش مكانيك آسيب براي تحليل شكست استفاده شده است. جهت صحت سنجي مدل، 8 نمونه شامل 4 نمونه جوش‌كاري اصطكاكي اغتشاشي با ابزار معمولي و 4 نمونه جوش-كاري اصطكاكي اغتشاشي با ابزار ماسوره‌اي، جوش‌كاري شده و استحكام شكست آنها تحت آزمون تجربي كششي-برشي اندازه‌گيري شده است. مقايسه ميان نتايج مدل مكانيك آسيب و آزمون تجربي نشان مي‌دهد مدل مكانيك آسيب گارسون داراي دقت نسبتا مطلوبي در پيش‌بيني نيروي شكست مي‌باشد. همچنين نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه از مدل المان محدود ارائه شده مي‌توان بخوبي براي پيش‌بيني نقطه شروع و چگونگي شكست در اتصال جوش‌كاري اصطكاكي اغتشاشي استفاده نمود.

The main purpose of this study is experimental and numerical investigation on failure of friction stir welded AA6061-T6 joint under tensile-shear test using damage model. In the past, due to the problem of development in high-strength welds, fatigue and corrosion resistance in aluminum, the use of welding in these industries was limited. However, with the advent of the friction stir welding process, aluminum alloys has been considered and their welding has become possible. The use of lightweight materials, especially aluminum alloys in the automotive, shipbuilding and aerospace industries is increasing rapidly and the operation of these alloys requires the development of joining and welding methods. Therefore, the study and analysis of friction stir welding is substantial. In this study Gurson-Tevergaard- Needleman (GTN) model is utilized to study the failure of welded joint. A finite element (FE) model is developed to simulate failure of the welded joint under tensile-shear test. To validate the model, 8 samples including 4 samples of friction stir welds with conventional tool and 4 samples with bobbin tool are welded with different welding parameters to obtain failure. The comparison between experimental and FE model results shows that the GTN model has a good reliability to predict the failure force. In addition, the results show that the FE model can predict truly the starting of failure in the welded joint.