تخمين عمر خستگي و مسير رشد ترك در آزمايش خمش چهار نقطه اي اتصال جوش اصطكاكي اغتشاشي مس و آلومينيم 6T-7075

Fatigue lifetime and crack path prediction in four-point bending test of friction stir Cu-7075-T6 Aluminum alloy welded joints

در اين مقاله مسير رشد ترك در آزمايش خمش چهار نقطه اي اتصال جوش اصطكاكي اغتشاشي مس و آلومينيم 6T-7075 پيش‌بيني شده و سپس عمر خستگي اين اتصال به روش عددي و تجربي تخمين زده مي شود. براي اين منظور آزمايش خمش چهار نقطه اي و نيز آزمايش خستگي بر روي نمونه هاي جوشكاري شده انجام گرفته و نتايج مربوط به زاويه انتشار ترك و عمر خستگي هر نمونه استخراج شده است. همچنين با استفاده از معيارهاي تنش مماسي بيشينه و (KII)minزاويه انتشار ترك پيش‌بيني شده و نيز با استفاده از رابطه نرخ رشد ترك بر حسب ضريب شدت تنش پاريس، عمر ترك خستگي تخمين زده شده است. جهت تعيين خواص مكانيكي نواحي مختلف اتصال جوش اصطكاكي اغتشاشي، مفهوم مواد تابعي مدرج بكار گرفته شده است. بدين منظور، خواص مكانيكي ناحيه جوش از جمله مدول الاستيسيته و نسبت پواسون، به صورت توابعي خطي از موقعيت نقاط ناحيه جوش در نظر گرفته شده اند. طبق نتايج بدست آمده در حالتي كه شيار اوليه به ماده با چقرمگي بالاتر (مس) نزديك‌تر باشد، زاويه انتشار ترك كوچكتر خواهد بود. مقايسه نتايج نشان دهنده تطابق مناسبي بين داده هاي تجربي و عددي مي باشد.

In this investigation, kinked crack path of friction stir Cu-Al7075-T6 alloy welded joints in four-point bending test conditions has been studied as well as the fatigue lifetime of the welded joints, numerically and experimentally. To do so, four-point bending and fatigue tests of welded specimens have been carried out and the experimental fatigue test data and the kinked crack angles in bending tests have been extracted. Maximum Tangential Stress (MTS) and (KII)min criteria have been used for estimating the kinked crack angles, and Paris law has been applied to predict fatigue crack propagation life of the welded specimens. Functionally graded materials concept has been employed for determining mechanical properties of different regions of welded joints. To do so, the mechanical properties of the weld region such as Youngʹs Modulus and Poissonʹs ratio have been considered to be linear functions of the positions of the weld region points. It has been shown that, when the original notch is close to the material with the higher fracture toughness (Copper), the kinked crack angle becomes smaller. The results show good agreement between the experimental data and numerical estimations.