در اين پژوهش، از نرم‌افزار ANSYS استفاده ميشود. در اين نرمافزار قابليتي بنام تولد و مرگ جزء وجود دارد كه از آن براي مسائلي كه اضافه نمودن يا حذف قسمتي از مدل در طي حل مورد نياز باشد، استفاده ميگردد. اين گزينه براي مدلسازي فرآيندهايي نظير سوراخكاري، عمليات جوشكاري و غيره كه در آن‌ها تغييرات زماني جرم سازه مورد نظر است، مناسب ميباشد. بايد توجه داشت كه نرمافزار در هنگام كشتن يا غيرفعال كردن جزء، آن را از مدل حذف نميكند بلكه سختي جزءهاي مرده را در عدد بسيار كوچكي ضرب ميكند، که اين مقدار قابل تنظيم است. همچنين ديگر خواص مادي جزءهاي مرده نيز برابر صفر خواهد شد. در مورد اضافه كردن جزءهاي غيرفعال به مدل نيز همانند قبل است و اين طور نيست كه جزءهاي جديد به مدل اضافه شود، بلكه جزءهايي كه در مرحله قبل غيرفعال بودهاند، دوباره فعال خواهند شد [6]. ن نننننددر پايان اين نكته قابل‌ذکر است كه در اكثر مدلسازيهاي انجام شده (از جمله در اين مدل) تركيب شيميايي و خواص فيزيكي و مكانيكي ماده پركننده جوش (الكترود يا سيم جوش) و قطعه كار يكسان فرض شدهاند.

4-3-3 نتايج تحليل حرارتي
در شکل 4-4 توزيع دما در زمان 12 ثانيه پس از آغاز جوشکاري، در مدل نمايش داده شده است.

شکل 4-4 توزيع دما و جهت جوشکاري.

با توجه به شکل 4-4 بيشينه توزيع دما 1615 سانتيگراد است که در محل الکترود ميباشد. با حرکت الکترود و گذشتن منبع حرارت، توزيع حرارت در صفحه پخش ميگردد.
با اتمام جوشکاري مرحله باربرداري از مدل آغاز شده و تا زماني که به دماي محيط برسد، ادامه مييابد. نتايج حاصل از تحليل حرارتي، توزيع دما در هر لحظه و تاريخچه دمايي ميباشد. در شکل 4-5 تاريخچه دمايي سه نقطه در مقطع مياني از صفحه نمايش داده شده است.

شکل4-5 تاريخچه دمايي سه نقطه از مقطع مياني صفحه.

همان‌طور که در شکل 4-5 مشاهده ميشود، بيشترين دما بر روي محور جوش (نقطه A) ايجاد ميگردد. در اين نقطه تا زماني که منبع جوش به اين نقطه نرسيده است جزء غيرفعال است و دماي آن برابر دماي محيط است (200). با رسيدن منبع جوش به اين قسمت و فعال شدن جزء مربوطه، دماي نقطه A شروع به افزايش کردن نموده و اين افزايش دما به سرعت صورت ميگيرد. با گذشتن منبع حرارتي از اين محل، در واقع از روي گره باربرداري ميشود و دماي گره رو به کاهش ميرود و مرحله باربرداري شروع ميشود. شيب نمودار در مرحله باربرداري (سرمايش) در ابتدا زياد است که به علت اختلاف دماي بسيار زياد گرههاي واقع بر محور جوش با ديگر گرهها است. همان‌طور که در شکل 4-5 هم مشخص است با دور شدن از محور جوش شيب نمودارهاي تاريخچه دمايي گرهها در مرحله سرمايش و گرمايش کند ميشود. در شکل 4-6 توزيع دما در مقطع عمود بر خط جوش در فاصله 8 سانتيمتري از مبدأ و در زمان 16 ثانيه از آغاز جوشکاري نمايش داده شده است.

شکل 4-6 دماي گرههاي مدل در زمان 16 ثانيه.

همانطور که در شکل 4-6 ديده ميشود، بيشترين دما را در روي محور جوش به وجود مي‌آيد و با دور شدن از محور جوش دما کاهش مييابد به طوري که در فاصله 50 ميليمتر از محور جوش به دماي محيط ميرسد.

4-4 تحليل مکانيکي
پس از تحليل حرارتي و ذخيره نمودن دادههاي مربوط به تحليل حرارتي، بر روي همان مدل تحليل مکانيکي صورت ميگيرد. تحليل مکانيکي جوش، تحليلي ناخطي ميباشد.
4-4-1 جزء مکانيکي
جزء انتخابي بايد داراي گرههايي همانند جزء حرارتي باشد تا دماي هر گره دقيقاً از جزء حرارتي به جزء مکانيکي منتقل شود. جزء انتخابي بايد داراي قابليت تحليل ناخطي مواد و هندسه را داشته باشد هم‌چنين همانند تحليل حرارتي بايد داراي خصوصيت تولد و مرگ اجزاء باشد. براي تحليل مکانيکي از جزء SOLID186 استفاده مي‌شود. اين جزء 20 گرهي در مدلسازي مرزهاي منحني شکل به‌ خوبي عمل ميکند. در هر گره اين جزء 3 درجه آزادي انتقالي وجود دارد و قابليت تحليل ناخطي مواد، هندسه و خصوصيت تولد و مرگ اجزاء را داراست. از نتايجي که اين جزء در دسترس قرار ميدهد، ميتوان به تنش و جابجايي انتقالي در سه راستاي X , Y , Z اشاره نمود. در شکل 4-7 جزء SOLID186 نمايش داده شده است.

شکل 4-7 جزء SOLID186[10].

4-4-2 مدلسازي تنشهاي پسماند
در تحليل مکانيکي، همانند تحليل حرارتي خط جوش به چندين بخش تقسيم شده و در هر بازهي زماني که الکترود به آن بخش ميرسد، جزءهاي مربوط به آن بخش فعال ميشوند. بارگذاري صفحه در اين تحليل تاريخچه دمايي است، که در هر گام زماني از نتايج تحليل حرارتي برداشت ميشود. براي اين کار، دماي انتهاي هر گام بارگذاري به نرمافزار داده شده و تغييرات دما بين دو گام بارگذاري به صورت خطي در نظر گرفته ميشود. هر چه گامهاي بارگذاري کوچک‌تر انتخاب شود منحني تغييرات دما به صورت دقيقتري ترسيم ميشود. با توجه به مادهي انتخابي که در اين پژوهش فولاد ميباشد، از سختشوندگي ايزوتروپيک و معيار فون مايزز براي گسيختگي آن بهرهجويي ميشود.
در تحليلهاي ناخطي با نرمافزارANSYS ميتوان از روشهاي نيوتن- رافسون، طول قوس، روش نموي بار و روش نيوتن- رافسون اصلاح شده بهره جست. در اين پژوهش از روش نيوتن- رافسون استفاده ميشود، که مباني آن در فصل دوم تشريح گرديد. در تحليل مکانيکي همانند تحليل حرارتي براي در نظر گرفتن ماده پرکننده از روش فعال و غير فعالسازي جزءها استفاده ميشود. با توجه به اين که ماده در دماي بالاتر از دماي ذوب از حالت جامد خارج شده، بايد جزءهايي را که دماي آن‌ها بالاتر از دماي ذوب ميباشد را نيز غيرفعال نمود.
با توجه به اين که توزيع مقادير تنش در راستاي ضخامت صفحه قابل صرف‌نظر کردن است، نتايج تنش شامل دو نوع تنش طولي (در راستاي موازي با محور جوش) و تنش عرضي (در راستاي عمود بر محور جوش) ميباشد.

4-4-2-1 اثرات شبکهبندي بر نتايج تنش پسماند
با توجه به شکلهاي 4-5 و 4-6 مشخص است که ناحيهي که بيشتر تحت تأثير حرارت قرار دارد، در نزديک محور جوش ميباشد و براي بررسي اثرات شبکهبندي بر نتايج تحليل بايد اجزاي اين ناحيه مورد بررسي قرار گيرند. براي اين منظور نتايج بيشينه و کمينه تنش پسماند طولي، دو شبکهبندي متفاوت با مدل موجود و نتايج اين مدل مورد مقايسه قرار گرفته است. نتايج شبکهبنديهاي مختلف را با مرجع [24] که به بررسي مدلسازي تنشهاي پسماند در صفحات فولادي که با جوش شياري به يکديگر متصل شدهاند، مقايسه شده است. در شکل 4-8 شبکهبنديهاي مورد تحليل نشان داده شده است که در هر شبکهبندي، اجزاي نزديک محور جوش 2 برابر شده است. نتايج مربوط به شکل نوع (ب) به طور کامل در بخشهاي قبل مورد بررسي قرار گرفته است.

(ج)
(ب)
(الف)
شکل 4-8 سه شبکهبندي مورد تحليل.

در جدول 4-4 نتايج بيشينه و کمينه تنش پسماند طولي سه شبکهبندي شکل 4-8 و نتايج مرجع [24] آمده است. نتايج مربوط به شبکهبندي نوع (ب) و (ج) مشابه هم بوده و به نتايج مرجع [24] نيز نزديک ميباشد. شبکهبندي نوع (ب) به عنوان شبکهبندي که داراي نتايجي دقيق و زمان تحليل بهينه ميباشد، انتخاب مي‎گردد.

جدول 4-4 نتايج بيشينه و کمينه تنش پسماند در شبکهبنديهاي شکل 4-8 و مرجع [24].
مرجع [24]
(ج)
(ب)
(الف)
نوع شبکهبندي
325
321
323
340
بيشينه تنش طولي Mpa))
65-
69-
70-
80-
کمينه تنش طولي Mpa))

4-4-2-2 تنشهاي پسماند طولي
در شکل 4-9، نحوه توزيع تنشهاي پسماند طولي در راستاي عمود بر محور جوش و در مقطع مياني صفحه نشان داده شده است. همان‌طور که در شکل مشاهده ميشود، بيشينه تنشها در حوالي خط جوش اتفاق ميافتد و با دور شدن از محل جوش، تنشها از کششي به فشاري تغيير علامت داده و در قسمتهاي انتهايي صفحه تنشها به سمت صفر ميل ميکنند. نتايج با مرجع [24] مقايسه شده است. نحوهي تغييرات تنش مشابه نتايج مرجع [24] ميباشد و تفاوت موجود در شکل 4-9 به علت اختلاف ابعاد ميباشد.

شکل 4-9 توزيع تنش پسماند طولي در مقطع مياني صفحه.

نمايش کاملتري از تنشهاي پسماند طولي، در شکل 4-10 نشان داده شده است. همان‌طور که در شکل ملاحظه ميشود، تنشها در ابتدا و انتهاي خط جوش نزديک صفر است و هرچه از دو طرف به وسط صفحه نزديک ميشويم تنشها افزايش يافته و بيشينه تنشها در وسط صفحه به وقوع ميپيوندد. براي راستيآزمايي تحليل، نتايج مرجع [25] که بررسي تنشهاي پسماند ناشي از جوشکاري در يک صفحه پرداخته نيز در شکل 4-10 آمده است که مطابقت خوبي با نتايج مدلسازي دارد.

شکل 4-10 توزيع تنش پسماند طولي بر روي محور جوش.

4-4-2-3 تنشهاي پسماند جانبي
براي بررسي توزيع تنشهاي پسماند جانبي در صفحه همانند تنش طولي ابتدا به بررسي تنش جانبي در مقطع مياني صفحه عمود بر محور جوش پرداخته ميشود. در اين حالت بيشينه تنش نه بر روي محور جوش بلکه در فاصلهي کمي از آن رخ ميدهد و با دور شدن از محور جوش اين تنش به سمت صفر شدن ميل مينمايد. در شکل 4-11 توزيع تنش جانبي در مقطع مياني صفحه نمايش داده شده است.
حال به بررسي توزيع تنش جانبي بر روي محور جوش ميپردازيم. در شکل 4-12 توزيع تنش جانبي بر روي محور جوش نمايش داده شده است. مقدار اين تنش در دو انتهاي جوش بيشترين مقدار را داشته و به صورت فشاري ميباشد. با حرکت به سمت وسط صفحه اين تنش به تدريج افزايش پيدا کرده و به صورت کششي در ميآيد.

شکل 4-11 توزيع تنش پسماند جانبي در مقطع مياني صفحه.

شکل 4-12 توزيع تنش پسماند جانبي بر روي محور جوش.

تت
فصل پنجم
ت
صفحات داراي بازشو

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید