Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Numerical Simulation of Aviation Structure Joined by FSW

Lacki P., Adamus K., Winowiecka J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 1

387--392

EN

This work presents a numerical simulation of aviation structure joined by friction stir welding, FSW, process. The numerical simulation of aviation structure joined by FSW was created. The simulation uses thermomechanical coupled formulation. The model required creation of finite elements representing sheets, stiffeners and welds, definition of material models and boundary conditions. The thermal model took into account heat conduction and convection assigned to appropriate elements of the structure. Time functions were applied to the description of a heat source movement. The numerical model included the stage of welding and the stage of releasing clamps. The output of the simulation are residual stresses and deformations occurring in the panel. Parameters of the global model (the panel model) were selected based on the local model (the single joint model), the experimental verification of the local model using the single joint and the geometry of the panel joints.

2

Examinations of Steel Overlap Joints Obtained Using the Friction Stir Welding Technology

Więckowski W., Lacki P., Adamus J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 1

393--399

EN

The aim of the study was to analyse mechanical properties and microstructure of joints obtained using friction stir welding (FSW) technology. The focus of the study was on overlap linear FSW joints made of 1.4541 DIN 17441 steel sheets with thickness of 1.2 mm. Tools used during friction stir welding of steel joints were made of W-Re alloy. The joints were subjected to visual inspection and their load bearing capacity was evaluated by means of the tensile strength test with analysis of joint breaking mechanism. Furthermore, the joints were also tested during metallographic examinations. The analysis performed in the study revealed that all the samples of the FSW joints were broken outside the joint area in the base material of the upper sheet metal, which confirms its high tensile strength. Mean load capacity of the joints was 15.8 kN. Macroscopic and microscopic examinations of the joints did not reveal significant defects on the joint surface and in the cross-sections.

3

Wpływ zagłębienia narzędzia na jakość punktowych złączy zgrzewanych tarciowego z mieszaniem z zamknięciem krateru RFSSW wykonanych z blach ze stopów aluminium 2024-T3 I D16UTW

Lacki P., Derlatka A.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2018

|

R. 63, nr 4

10--16

PL

Jednym z parametrów punktowego zgrzewania tarciowego z mieszaniem z zamknięciem krateru RFSSW jest zagłębienie tulei narzędzia w łączone komponenty. Wartość zagłębienia zależy m.in. od grubości łączonych blach i tolerancji z jaką wykonano blachy oraz od pozostałych parametrów procesu RFSSW. Celem pracy było określenie wpływu zagłębienia narzędzia na jakość punktowych złączy RFSSW. Przedmiotem badań były złącza wykonane z blach ze stopu aluminium 2024-T3 o grubości 1,0 mm i stopu aluminium D16UTW o grubości 0,6 mm. Zgrzewanie następowało od strony blachy wykonanej ze stopu aluminium 2024-T3. Testowano trzy poziomy zagłębienia tulei, bez zmiany pozostałych parametrów zgrzewania. Zagłębienia wynosiły 1,10 mm, 1,15 mm i 1,20 mm. Dla każdego wariantu wykonano 10 zgrzein RFSSW. Osiem z nich służyło ocenie nośności złączy z uwzględnieniem analizy odkształceń zredukowanych, jedna z nich ocenie makrostrukturalnej, a jedna ocenie wizualnej.

EN

One of the parameters of Refill Friction Stir Spot Welding is a tool sleeve depth in the joined components. The value of the depth depends on inter alia joined sheets thicknesses, a tolerance with which the sheets were made and the other parameters of the RFSSW process. The aim of the work was to determine the impact of tool depth on the quality of the RFSSW joints. Joints made of an aluminum alloy 2024-T3 sheet having a thickness of 1.0 mm and an aluminum alloy D16UTW sheet having a thickness of 0.6 mm were analysed. The welding was performed on the side of the sheet made of aluminum alloy 2024-T3. Three tool depths without changing the other welding parameters were tested. The tool depths were following: 1.10 mm, 1.15 mm and 1.20 mm. For each variant 10 RFSSW welds were made. Eight of them were served to assess the load bearing capacity of the joints with consideration plastic strain analysis, one of them were for macrostructural assessment, and one of them were for a visual assessment.

4

Numerical analysis of prefabricated steel-concrete composite floor in typical LIPSK building

Lacki P., Kasza P., Derlatka A.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2017

|

No. 27(4)

43--53

EN

The aim of the work was to perform numerical analysis of a steel-concrete composite floor located in a LIPSK type building. A numerical model of the analytically designed floor was performed. The floor was in a six-storey, retail and service building. The thickness of a prefabricated slab was 100 mm. The two-row, crisscrossed reinforcement of the slab was made from φ16 mm rods with a spacing of 150 x 200 mm. The span of the beams made of steel IPE 160 profiles was 6.00 m and they were spaced every 1.20 m. The steel-concrete composite was obtained using 80x16 Nelson fasteners. The numerical analysis was carried out using the ADINA System based on the Finite Element Method. The stresses and strains in the steel and concrete elements, the distribution of the forces in the reinforcement bars and cracking in concrete were evaluated. The FEM model was made from 3D-solid finite elements (IPE profile and concrete slab) and truss elements (reinforcement bars). The adopted steel material model takes into consideration the plastic state, while the adopted concrete material model takes into account material cracks.

PL

Celem pracy była analiza numeryczna zespolonego stropu znajdującego się w budynku typu LIPSK. Wykonano numeryczny model stropu zaprojektowanego analitycznie. Strop znajdował się w sześciokondygnacyjnym budynku handlowo-usługowym. Grubość płyty prefabrykowanej wynosiła 100 mm. Dwurzędowe, krzyżowe zbrojenie płyty wykonano z prętów φ16 mm, w rozstawie 150 x 200 mm. Rozpiętość belek wykonanych ze stalowego profilu IPE 160 wynosiła 6,00 m. Belki rozstawiono co 1,20 m. Zespolenie stalowo-betonowe uzyskano za pomocą łączników firmy Nelson 80x16. Analizę numeryczną przeprowadzono za pomocą programu ADINA System opartego na Metodzie Elementów Skończonych. Dokonano oceny naprężeń i odkształceń w elemencie stalowym i betonowym, rozkładu sił w prętach zbrojenia oraz zarysowania betonu. Model MES zbudowano w oparciu o elementy 3D Solid (profil IPE i płyta żelbetowa) oraz prętowe typu truss (zbrojenie). Dla stali przyjęto właściwości i model materiału uwzględniający stan plastyczny, dla betonu przyjęto model materiału uwzględniający powstawanie rys.

5

Numerical analysis of bridge girder with composite dowel shear connection

Lacki P., Nawrot J.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2017

|

No. 27(4)

55--65

EN

The work presents a brief description of VFT-WIB® steel-concrete composite beams, examples of composite dowel shear connection shapes are presented. A steel-concrete bridge girder construction solution for the new shape of composite dowel shear connection was proposed. The geometric parameters of the steel section web cutting line are given. For the assumed cross-section dimensions, a numerical model of the girder was made. Numerical analysis was performed, the results of which were compared with the results of the analytical calculations. A program of actions aimed at further optimization of the model is presented.

PL

W pracy przedstawiono krótką charakterystykę stalowo-betonowych belek zespolonych typu VFT-WIB®, zaprezentowano przykładowe kształty zespolenia typu “composite dowels”. Zaproponowano rozwiązanie konstrukcyjne stalowo-betonowego dźwigara mostowego dla nowego kształtu zespolenia typu “composite dowels”. Założono, że dźwigar będzie miał rozpiętość w osi podpór 15 m, jego przekrój będzie tworzył teownik stalowy uzyskany z rozcięcia na dwie połowy dwuteownika HEB 900 oraz płyta żelbetowa grubości 25 cm. Podano parametry geometryczne linii cięcia środnika kształtownika stalowego. Przyjęto schemat statyczny dźwigara w postaci belki swobodnie podpartej obciążonej obciążeniem równomiernie rozłożonym uwzględniającym ciężar własny konstrukcji oraz obciążenie użytkowe. Dla założonych wymiarów przekroju poprzecznego wykonano model numeryczny dźwigara przy użyciu programu ADINA wykorzystującego Metodę Elementów Skończonych. Przeprowadzono analizę numeryczną na podstawie, której określono wartości naprężeń normalnych w kształtowniku stalowym oraz w płycie betonowej a także ugięcie dźwigara. Wyniki obliczeń numerycznych porównano z wynikami przeprowadzonych obliczeń analitycznych. Wykazano zbieżność między wynikami numerycznymi i analitycznymi.

6

Selection of basic position in Refill Friction Stir Spot Welding of 2024-T3 and D16UTW aluminum alloy sheets

Lacki P., Derlatka A., Gałaczyński T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 1

443--449

EN

One of the important parameters of Refill Friction Stir Spot Welding is the so-called basic position of the tool. This is the arrangement of the pin and sleeve which occurs when the tool is plunged into the material. The basic positions can be divided into two categories. In the first category, the sleeve and the pin are above the sheet surface or below sheet surface and in the second category the pin is retracted within the sleeve or protrudes from it. The aim of the work was to test four settings of the basic position, and then determine the best setting of the basic position, without changing the other welding parameters. Joints made of an aluminum alloy 2024-T3 sheet having a thickness of 1.0 mm and an aluminum alloy D16UTW sheet having a thickness of 0.6 mm were analysed. The best setting of the basic position was determined based on assessment of the force carried in shear test, macrostructure and weld face of the joints.

7

Assessment of Aluminum FSW Joints Using Ultrasonic Testing

Adamus K., Lacki P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 4

2399--2404

EN

The paper concerns aluminum joints made using friction stir welding. Although in the aerospace industry there is a tendency to replace metal components with composites, aluminum continues to be a valuable material. Its share in the aircraft structures is the biggest among all structural metals. Lots of aluminum components are made of sheets and most of them require joining. Friction stir welding is a relatively new joining technology, particularly with regard to the sheets having a thickness of 1 mm or lower. The paper is dedicated to non-destructive testing of such joints using ultrasonic inspection. It was found that ultrasonic testing allows for distinguishing between joints without material discontinuities, joint with material discontinuities at the advancing side and joint with discontinuities extending through the whole width of the stir zone. During research only horizontally aligned defects were taken into account.

8

Analiza numeryczna segmentu stalowo-betonowego dźwigara mostowego obciążonego ciężarem własnym

Lacki P., Nawrot J., Derlatka A.

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2016

|

Z. 22 (172)

204-212

PL

W artykule omówiono podstawowe informację dotyczące kształtowania zespolonych dźwigarów mostowych typu VFT. Zaproponowano nowy kształt linii cięcia blachy środnika w celu uzyskania zespolenia typu „composite dowels”. Dla przyjętego rozwiązania sporządzono model numeryczny segmentu zespolonego dźwigara mostowego, który poddano analizie za pomocą programu ADINA System. Model obciążono ciężarem własnym. Na podstawie uzyskanych wyników oceniono przydatność analizowanego rozwiązania do stalowo-betonowych mostów zespolonych.

EN

The paper presents the basic information about the development of a VFT composite bridge girder. A new shape of cutting line of the web sheet in order to obtain “composite dowels” was proposed. For the adopted solution, a numerical model of the bridge girder segment was prepared and it was analyzed with the ADINA System. The model was loaded by dead load. Based on the results, the suitability of the analyzed solution to steel-concrete composite bridges was assessed.

9

Symulacja numeryczna cienkiej struktury użebrowanej z aluminium 6061

Lacki P., Winowiecka J., Więckowski W.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2015

|

Vol. 82, nr 9

620--622

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości wytrzymałościowych dla stopu aluminium AA 6061 wraz z symulacją numeryczną cienkiej struktury użebrowanej. Wyznaczono doświadczalnie podstawowe parametry wytrzymałościowe (E, Rm, Rp02, Agt), stałą materiałową K, wykładnik umocnienia n oraz krzywą odkształcalności granicznej. Wyznaczone właściwości zostały użyte do budowy modelu materiałowego w symulacjach numerycznych. Analizowano proces tłoczenia cienkiej struktury z dwoma żebrami, uwzględniając różne parametry technologiczne. Wyznaczono rozkłady odkształceń plastycznych na powierzchni struktury oraz grubości ścianek. Rozważano wpływ współ- czynnika tarcia oraz zastosowanej siły docisku na rezultaty tłoczenia.

EN

In the paper the strength test results for AA 6061 are presented together with numerical simulation of thin sheet panels with stiffening ribs. The basic strength parameters (E, Rm, Rp02, Agt), material constant K, strain-hardening coefficient n and forming limit curve were determined experimentally. The determined properties were used for definition of material model in numerical simulations. Forming process of thin sheet panels with two ribs taking into account different technological parameters was analysed. The plastic strain and thickness distributions were determined. The influence of friction condition and holding force on the forming process was investigated.

10

The numerical analysis of a titanium sheets welding process and welding joint tensile behavior

Adamus K., Lacki P.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.1

137--143

EN

The paper analyses joining of titanium Grade 2 and Grade 5 sheets using electron beam welding, EBW, technology. The joined sheets undergo further processing to produce final aircraft component. EBW is a fusion welding process that utilizes electrons to produces heat and join materials. It is characterized by low heat input, small distortions, precise and repeatable welding parameters and vacuum operating conditions. Titanium is a unique material that offers high specific strength, heat resistance and corrosion resistance. In aerospace applications it is used for components of rotors, engines and airframes. Tailor Welding Blanks is a technology of joining sheets of different properties in order to obtain components that have mixed properties. Titanium Grade 2 has better formability while titanium Grade 5 has higher strength. The welded sheets are further formed in order to obtain final shape. The numerical simulation of the welding process investigates the impact of thermal load produced by a moving electron beam on the deformations occurring in the joined sheets. The model is based on finite element method and it takes into account elastic, plastic and thermal strains. The analyzed sheets have thickness of 0.8 mm, their small cross-section contributes to significant post-welding bending both in transverse and longitudinal directions. The paper analyzes the influence of mesh structure and welding gap on the degree of deformation. The obtained numerical results were compared with actual welding deformations. The research into modeling of titanium sheets welding was extended with analysis of joint behavior during tensile tests. Specimen was cut out from the joint and was subject to uniaxial tensile test. The strains occurring during tension were recorded using optical non contact measurement system that uses two cameras. The experimentally measured strains were compared with numerical results from a separate finite clement method model.

PL

W pracy badano zagadnienie spawania blach tytanowych Grade 2 i Grade 5 za pomocą wiązki elektronów. Zespawane blachy stanowią wsad do tłoczenia, w wyniku którego powstaje finalny komponent samolotu. W procesie spawania wiązka elektronów jest wykorzystywana do stopienia i łączenia materiałów. Spawanie wiązką elektronów charakteryzuje się małą ilością wprowadzanego ciepła, małymi deformacjami, dużą precyzją i powtarzalnością ustawienia parametrów oraz zastosowaniem komory próżniowej. Tytan jest materiałem o wysokim stosunku wytrzymałości do masy, dużej odporności na podwyższone temperatury i środowisko korozyjne. W lotnictwie tytan znajduje zastosowanie w produkcji wirników, silników oraz kadłubów. Tłoczenie wsadów spawanych z różnych materiałów pozwala na uzyskanie komponentów o mieszanych właściwościach składowych materiałów. Tytan Grade 2 zapewnia dobrą tłoczność, natomiast tytan Grade 5 oferuje wysoką wytrzymałość. Analiza numeryczna procesu spawania koncentrowała się na badaniu wpływu obciążenia termicznego wywołanego przez poruszającą się wiązkę elektronów na deformacje pojawiające się w łączonych blachach. Analizowane blachy miały grubość 0,8 mm. Ich mały przekrój umożliwiał powstawanie znacznych deformacji spawalniczych zarówno w kierunku poprzecznym jak i podłużnym. Jako miarę deformacji przyjęto kąt ugięcia poprzecznego oraz przemieszczenie końca linii spawania. Model numeryczny wykorzystywał Metodę Elementów Skończonych. W symulacji uwzględniono odkształcenia sprężyste, plastyczne oraz termiczne. Do symulacji oddziaływania wiązki elektronów wykorzystano połączone powierzchniowe i objętościowe źródło ciepła. W pracy przedstawiono wpływ struktury siaki elementów skończonych oraz modelu odstępu pomiędzy łączonymi blachami na stopień ugięcia poprzecznego i podłużnego. Uwzględniono siatki o jednorodnej i zmiennej liczbie elementów w kierunku grubości blach i w kierunku linii spawania. Porównano model, w którym blachy stanowiły pojedynczy blok materiału, z modelem, w którym do symulacji odstępu wykorzystano opcję narodzin elementu. Uzyskane wyniki zostały porównane z rzeczywistymi deformacjami zespawanych blach. Analiza procesu spawania została rozszerzona o model opisujący zachowanie próbki wyciętej z połączonych blach podczas statycznej próby rozciągania. Odkształcenia powstające w wyniku rozciągania zostały zmierzone za pomocą systemu optycznego wyposażonego w dwie kamery. Porównano odkształcenia obliczone numerycznie i zmierzone eksperymentalnie.

11

Numerical investigation of refill friction stir spot welding joints

Derlatka A., Lacki P.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.1

144--149

EN

The paper presents an analysis of tensile tests for welded specimens made of 6061-T6 aluminium alloy. Three kinds of lap joins were made by Refill Friction Spot Stir Welding (RFSSW). The each specimen has one joint, but they were varied in the position of the sheets. In the first, the angle between sheets axes was 0°, to determine the tensile capacity of the joint. In the second and third, the angle between sheets axes was 20°, and -20°. That position of sheets allow determine the maximum load and displacement of stretched and twisted structure. The numerical calculations were performed using the ADINA System based on the Finite Element Method (FEM). The sheets and joints were modelled with 3D-solid elements. The experimental investigations were carried out using a testing machine and a non-contact and material independent measuring system providing, for loaded test objects, accurate 3D displacements and surface strain values. The stress, strain distribution and displacements were analysed. The numerical and experimental results were compared. The structures were assessed in respect of strength and the possibility of applying in the aircraft industry.

PL

W pracy przedstawiono analizę rozciągania próbek ze stopu aluminium 6061-T6. Trzy rodzaje próbek powstały poprzez połączenie za pomocą punktowego zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału. Każda z próbek składała się z jednej zgrzeiny łączącej dwie blachy, różniące się ustawieniem. W pierwszej kąt pomiędzy blachami wynosił 0°, w celu wyznaczenia nośności połączenia na rozciąganie. W drugiej i trzeciej, kąt wynosił 20° i -20°. Takie ustawienie blach pozwala na określenie maksymalnej siły i przemieszczenia struktury rozciąganej i skręcanej. Analizy numerycznej dokonano za pomocą oprogramowania ADINA System opartego na Metodzie Elementów Skończonych (MES). Blachy oraz zgrzeiny zamodelowano jako elementy 3D-solid. Badania eksperymentalne przeprowadzono z wykorzystaniem bezkontaktowego oraz nieingerującego w materiał systemu pomiarowego, stosowanego do badań obciążonych struktur w celu wyznaczenia trójwymiarowych przemieszczeń, odkształceń powierzchniowych. Analizowano rozkład naprężeń, odkształceń oraz przemieszczeń. Dokonano porównania wyników z analizy numerycznej oraz eksperymentu. Struktury rozpatrywano z uwagi na wytrzymałość oraz możliwości zastosowania w przemyśle lotniczym.

12

Calculation of forming limit curve for Grade 2 titanium using modified sample geometry

Winowiecka J., Lacki P.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.1

37--43

EN

Commercially pure titanium Grade 2 has good drawability and tensile strength of about 340 MPa. It is the most widespread grade of titanium in the industry. Grade 2 is characterized by good strength properties, low density, corrosion and external factors resistance. It is widely used in chemical, automotive and aerospace industries. In the aerospace industry titanium Grade 2 is used for production of fuselages, stringers, ventilating ducts, and many other parts. The subject of the work is the forming limit curve (FLC) widely used in industry to determine the possibility of the occurrence of draw-parts defects. FLC is determined based on the relationship between minor and major strains. It is a representation of the limit strains in the plane of the sheets, which in order to avoid cracks, cannot be exceeded during sheet - metal forming. In the study forming limit curve was determined experimentally and the results were compared with the principal strain calculated in numerical simulations. Numerical simulations of the sheet - metal forming process were prepared in the PamStamp 2G v2012 program, using the finite element method. Forming simulation was carried out for specially designed samples with different lateral cut. The results of experimental studies at a depth corresponding to crack onset were compared with numerical calculations. Distributions of principal strain were determined for all specimens. The minor and major principal strains occurring in the forming samples before rupture onset were analyzed. Based on the results of numerical investigations forming limit curve for the titanium Grade 2 was determined. In experimental studies, in order to determine the plastic deformation ARAMIS system was used that enables non-contact measurements of three-dimensional deformations. The PamStamp 2G program and ARAMIS data acquisition process allowed for analysis of deformation and determination of the values of minor and major principal strains immediately before rupture. The numerical simulations considered technically dry friction and lubrication. This approach allowed for determining the effect of lubrication on strain distributions.

PL

Technicznie czysty tytan Grade 2 charakteryzuje się dobrą tłocznością i granicą wytrzymałością ok. 340 MPa. Jest najbardziej rozpowszechnionym gatunkiem tytanu w przemyśle. Grade 2 cechuje się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi, małą gęstością, odpornością na korozję i czynniki zewnętrzne. Powszechnie wykorzystywany jest w przemysłach chemicznym, motoryzacyjnym i lotniczym. W przemyśle lotniczym z tytanu Grade 2 wykonuje się między innymi elementy kadłubów, wsporniki, kanały wentylacyjne. Przedmiotem pracy jest wyznaczenie krzywej odkształceń granicznych (KOG), stosowanej powszechnie w przemyśle do określania możliwości wystąpienia wad wytłoczek. KOG wyznacza się w oparciu o zależność pomiędzy odkształceniami głównymi najmniejszymi i największymi. Jest to reprezentacja odkształceń głównych w płaszczyźnie blach, które aby uniknąć pęknięć wytłoczki nic mogą być przekroczone w trakcie kształtowania. W pracy wyznaczano krzywą odkształceń granicznych stosując badania doświadczalne a wyniki odkształceń głównych odniesiono do symulacji numerycznych. Symulacje numeryczne procesu tłoczenia przygotowano w programie PamStamp 2G v20l2, wykorzystującego metodę elementów skończonych. Symulację tłoczenia przeprowadzono dla specjalnie zaprojektowanych próbek o różnych wycięciach. Wyniki tłoczenia z badań doświadczalnych przy głębokości tłoczenia dla której uzyskano pękniecie porównano z obliczeniami numerycznymi. Dla wszystkich próbek wyznaczano rozkłady odkształceń głównych. Analizowano odkształcenia główne największe i najmniejsze występujące w tłoczonych próbkach przed pęknięciem. W oparciu o rezultaty badań numerycznych wyznaczono krzywą odkształceń granicznych dla tytanu Grade 2. W badaniach doświadczalnych do określenia odkształceń plastycznych zastosowano system ARAMIS, umożliwiający bezkontaktowy trójwymiarowy pomiar odkształceń. Program PamStamp 2G oraz rejestracja procesu w systemie ARAMIS pozwoliły na analizę deformacji i wyznaczenie wielkości odkształceń głównych bezpośrednio przed pęknięciem. W symulacjach numerycznych rozważano tarcie technicznie suche oraz smarowanie. Dzięki temu było również możliwe określenie wpływu smarowania na rozkłady odkształceń.

13

The Plastic Deformation of RFSSW Joints During Tensile Tests

Lacki P., Derlatka A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2585--2592

EN

The dynamic development of the friction stir welding (FSW) technology is the basis for the design of durabe joints inter alia in the aviation industry. This technology has a prospective application, especially for the aluminum alloys. It is suitable for a broad spectrum of permanent joints. The joints obtained by FSW technology are characterized by good mechanical properties. In this paper, the friction stir spot welding joints were analysed. The example of a structure made using this technology were presented. The lap joints made of 2mm Al 6061-T6 sheets were the investigation subject. The different spot welds arrangements were analysed. The tensile test were performed with optical deformation measurement system, which allow to obtain the plastic deformation field on the sample surface. The plastic strain graphs for the characteristic line passing through the maximum deformation were registered and presented. The experimental results were compared to the FEM numerical analysis. The numerical models were built with 3D-solid elements. The boundary conditions, material properties and geometry of the joints were identical as during experimental investigation. The mechanism of deformation of welded joints during tensile test was described and explained. It has been found that the arrangement of the spot welds with respect to the tensile direction has an important influence on the behaviour and deformation of lap joint.

PL

Dynamiczny rozwój technologii zgrzewania tarciowego z mieszaniem (FSW) jest podstawą do projektowania wytrzymałych połączeń między innymi w przemyśle lotniczym. Technologia ta, szczególnie dla stopów aluminium, ma perspektywiczne zastosowanie. Nadaje się do wykonywania szerokiego spektrum połączeń nierozłącznych. Połączenia uzyskane przy użyciu tej technologii cechują się dobrymi właściwościami mechanicznymi i użytkowymi. W pracy analizowano połączenia uzyskane przy użyciu technologii punktowego zgrzewania tarciowego z mieszaniem (RFSSW). Zaprezentowano przykład elementu konstrukcji wykonanej przy użyciu tej technologii. Przedmiotem badań w pracy były połączenia zakładkowe wykonane z 2mm blachy Al 6061-T6. Połączenia zgrzewane różniły się ułożeniem zgrzein punktowych. Próbki rozciągano na maszynie wytrzymałościowej, jednocześnie dokonując pomiaru przy użyciu optycznego systemu pomiaru deformacji. Przy użyciu tego systemu uzyskano pole odkształceń plastycznych na powierzchni rozciąganej próbki. Zarejestrowano i przedstawiono wykresy odkształceń plastycznych dla charakterystycznych linii przechodzących przez maksimum odkształcenia. Wyniki badań doświadczalnych odniesiono do przeprowadzonej analizy numerycznej MES. Model numeryczny zbudowano z elementów typu 3D solid. W modelu odwzorowano warunki brzegowe przeprowadzonej próby, właściwości materiału i geometrię złącza. Opisano i wyjaśniono mechanizm deformacji złącz zgrzewanych podczas rozciągania. Stwierdzono, że położenie zgrzein w stosunku do kierunku rozciągania ma istotny wpływ na pracę i deformację połączenia zakładkowego.

14

Forming Of Spherical Titanium Cups From Circular Blanks With Cutouts On The Perimeter

Lacki P., Adamus J., Więckowski W., Winowiecka J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

829--834

EN

Despite substantial demand for drawn parts made of high-strength sheet metal (including titanium alloys) observed in the modern industry, particularly automotive and aviation, their application remains insignificant. This results from the fact that such sheet metal shows poor plasticity and its cold-forming is almost impossible. Low drawability makes it impossible to obtain even such simple shapes as spherical cups. The authors of this study developed circular sheet-metal blanks with cutouts on their perimeter. The blanks allow for cold forming of spherical cups from Ti6Al4V titanium alloy sheet metal using conventional rigid tools. The cutouts proposed in the study affect plastic strain distribution, which in turn leads to an increase in forming depth by about 30%. The numerical analysis, performed using the PamStamp 2G System software based on finite element method, was verified experimentally.

PL

Mimo, iż nowoczesny przemysł, głównie motoryzacyjny i lotniczy, zgłasza zapotrzebowanie na wytłoczki z wysokowytrzymałych blach metalowych, w tym stopów tytanu, ich zastosowanie jest znikome. Wynika to z faktu, że blachy te mają małą plastyczność i ich tłoczenie na zimno jest niemal niemożliwe. Niska tłoczność uniemożliwia kształtowanie nawet tak prostych geometrii jak czasze kuliste. W ramach niniejszej pracy opracowano kołowy wykrój z wycięciami na obwodzie, który umożliwia kształtowanie na zimno kulistych czasz z blachy ze stopu tytanu Ti6Al4V przy użyciu klasycznych, sztywnych narzędzi. Zaproponowane wycięcia wpływają na zmianę rozkładu odkształceń plastycznych, co w konsekwencji prowadzi do zwiększenia głębokości tłoczenia o około 30%. Analizy numeryczne, wykonane programem PamStamp 2G bazującym na metodzie elementów skończonych, zweryfikowano doświadczalnie.

15

Assessment Of Joints Using Friction Stir Welding And Refill Friction Stir Spot Welding Methods

Lacki P., Więckowski W., Wieczorek P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2297--2306

EN

FSW (Friction Stir Welding) and RFSSW (Refill Friction Stir Spot Welding) joints have been increasingly used in industrial practice. They successfully replace fusion-welded, riveted or resistance-welded joints. In the last two decades, dynamic development of this method has stimulated investigations of the fast methods for joint diagnostics. These methods should be non-destructive and easy to be used in technological processes. The methods of assessment of joint quality are expected to detect discontinuities in the structures welded using FSW and FSSW methods. Reliable detection of flaws would substantially extend the range of applications of FSW joints across many sectors of industry, including aviation. The investigations carried out in this paper allowed for characterization of defects present in FSW and RFSSW joints. Causes of these defects were also stressed. An overview of the methodologies for assessment of joint quality was presented. Results of assessment of the quality of joints made of 2024T6 aluminium sheet metal using FSW and RFSSW method were presented.

PL

Złącza FSW i RFSSW są coraz częściej stosowane w praktyce przemysłowej. Dobrze zastępują złącza spawane, nitowane czy zgrzewane oporowo. Dynamiczny rozwój metod w ostatnim dwudziestoleciu skutkuje poszukiwaniem szybkich metod diagnostyki złączy. Metody te powinny być nieniszczące oraz dać się zastosować podczas procesu technologicznego. Od sposobu oceny jakości złączy oczekuje się wykrycia nieciągłości struktur zgrzewanych metodą FSW i FSSW. Możliwość skutecznego wykrywania wad pozwoliłaby na znacznie szerszy zakres zastosowań złączy FSW w wielu sektorach przemysłu w tym w przemyśle lotniczym. Na podstawie przeprowadzonych badań w pracy przedstawiono charakterystykę defektów występujących w złączach FSW i RFSSW, wskazano na przyczyny ich występowania oraz przedstawiono przegląd metod badań umożliwiających ocenę jakości złączy. Zaprezentowano przykładowe wyniki oceny jakości złączy wykonanych z blach aluminiowych 2024T6 metodą FSW i RFSSW.

16

EBW titanium sheets as material for drawn parts

Adamus J., Lacki P., Motyka M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 1

42--47

EN

The growing demand for high strength, lightweight and corrosion-resistant drawn parts has created increasing interest in the use of titanium and its alloys. Additional benefits may result from the use of tailor-welded blanks, allowing for significant savings in material, and the possibility of applying higher strength sheets exactly where needed. When forming welded blanks, it is necessary to overcome many technological barriers which are not reflected in technical literature. Therefore, some prior experience in numerical simulations is needed before embarking on further studies of welded blanks formability. For this purpose, it is necessary to determine the mechanical parameters of the base materials, as well as the fusion and heat-affected zones. The paper is devoted to the analysis of an electron beam welded joint made of commercially pure titanium Grade 2 and titanium alloy Grade 5. Light microscopy was used for examination of the joint microstructure and determination of the size of the specific joint zones. The mechanical parameters of the base materials were specified in a tensile test, while the material properties of the fusion and heat-affected zones were estimated on the basis of the relationship between the material hardness and strength assuming that the yield stress is directly proportional to the material hardness. To do this, a scratch test and microhardness measurements (using small load) were carried out. The obtained results allow for improvement to the numerical model of sheet-metal forming welded blanks and consequently, it will allow for better agreement between the numerical and empirical results.

17

Computer engineering in designing and fabrication of tissue analogue-type coating dedicated for the cardiovascular regeneration

Trembecka-Wojciga K., Major R., Bruckert F., Lackner J. M., Lacki P., Sanak M., Major B.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 3

621--630

EN

The work was related to the development of novel methods in designing and fabrication of thin, porous, tissue-like coatings. The surface modification was designed to create an environment for the appropriate cell growth. The originally designed system was established to prepare porous, synthetic coatings. The dedicated software was elaborated to control the sequential coating deposition based on the electrostatic interaction. The finite elements method (FEM) was used to determine structural and mechanical properties of the coatings. The numerical model was verified experimentally. The performed simulation predicted the coating stabilization by the graphene nanoparticles. Graphene was introduced as a stabilizer of the polymer coating. The elaborated automatic system allowed preparation the porous coatings, repetitively. Coatings were stabilized by the cross-linking chemical reaction using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide and N-hydroxysuccinimide. Nanoparticles were introduced by means of the electrostatic interaction. Mechanical analysis revealed an influence of the porous structure modification on the coating stiffness. Dynamic tests on blood subjected to the aortic flow showed antithrombogenic properties of the elaborated coatings.

18

Numeryczno-doświadczalna analiza procesu tłoczenia spawanych blach tytanowych

Winowiecka J., Więckowski W., Adamus J., Lacki P.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2014

|

R. 59, nr 4

173--181

PL

W artykule przedstawiono wyniki symulacji numerycznych oraz badań doświadczalnych procesu tłoczenia spawanych blach tytanowych. Badaniom poddano blachy z czystego tytanu technicznego Grade 2 oraz stopu tytanu Grade 5 (Ti6Al4V), znajdującym coraz częstsze zastosowanie w przemyśle lotniczym i medycynie. Analizowano proces tłoczenia czaszy kulistej wykonanej z jednorodnego materiału Grade 2 i Grade 5 oraz wsadu spawanego metodą elektronową, składającego się z krążka wykonanego z Grade 5 i pierścienia wykonanego z Grade 2. Badano wpływ zróżnicowania wymiarów poszczególnych elementów wsadu spawanego na proces kształtowania. Symulację numeryczną wykonano przy użyciu programu Pam- Stamp 2G v2012, opartego na Metodzie Elementów Skończonych (MES). Analizowano rozkład odkształceń plastycznych oraz pocienienia ścianek wytłoczki. Zaprezentowano wykresy odkształceń granicznych dla kształtowanych blach. W oparciu o wyniki obliczeń numerycznych dokonano oceny tłoczności blach. Wyniki symulacji numerycznych porównano z wynikami eksperymentalnymi.

EN

In the paper numerical and experimental results of sheet-metal forming titanium welded blanks have been presented. Commercially pure Grade 2 titanium and Grade 5 titanium alloy -Ti6Al4V (the most often used in aircraft industry and medicine) were analysed. Forming the spherical drawn-parts made of the uniform Grade 2 and Grade 5 blanks as well as the electron beam welded (EBW) blanks, which consist of the disc made of Grade 5 and the ring made of Grade 2, has been analysed. An influence of dimension differentiation of the disc and ring on the forming process was tested. The numerical simulations were performed using the PamStamp 2G v2012 program based on the finite element method (FEM). Plastic strain distribution and drawn-part wall thickness were analysed. Forming limit diagrams (FLDs) for the analysed sheets have been presented. Drawability of the sheets was assessed based on the numerical calculations. The numerical simulation results were compared to the experimental ones.

19

Analiza naprężeń i deformacji w cienkich blachach tytanowych podczas spawania wiązką elektronów

Adamus K., Lacki P., Dudek A.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2014

|

T. 25, nr 2

113--126

PL

W pracy przedstawiono termiczno-mechaniczną analizę procesu spawania wiązką elektronów. W procesie spawania połączono dwie cienkie blachy wykonane z różnych gatunków tytanu, Grade 2 i Grade 5. W wyniku spawania powstały znaczne deformacje blach. Model numeryczny został opracowany na podstawie Metody Elementów Skończonych, MES. Model oblicza wpływ obciążenia termicznego na pole naprężeń i przemieszczeń. Wyniki uzyskane za pomocą modelu numerycznego zostały porównane z wynikami badań eksperymentalnych. Obliczone pole naprężeń zweryfikowano poprzez porównanie obliczonych naprężeń własnych z naprężeniami zmierzonymi na powierzchni blach za pomocą metody dyfrakcji rentgenowskiej.

EN

This paper presents a thermo-mechanical analysis of an electron beam welding process. During the process two thin sheets made of dissimilar titanium grades, Grade 2 and Grade5, were joined together. The welding processes introduced significant distortions into the sheets. The numerical model is based on finite element method. The model calculates the impact of thermal load on stress and displacement fields. The results calculated by the model were compared with the experimental results. The calculated stress field was verified by comparing residual stresses at the external surface in a given cross-section with stress values obtained by x-ray diffraction measurements.

20

Analiza numeryczna rozkładu temperatury w zewnętrznej przegrodzie pionowej

Derlatka A., Lacki P.

Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym

|

2014

|

nr 1(13)

22--27

PL

W pracy przedstawiono analizę zewnętrznej przegrody pionowej. Poprzez współczynnik przenikania ciepła, wyznaczony analitycznie, określono charakterystykę ochrony cieplnej przegrody. Wykorzystując symulacje komputerowe, wyznaczono rozkład temperatury w przegrodzie oraz czas potrzebny do uzyskania stanu ustalonego. Analizę numeryczną przeprowadzono za pomocą programu ADINA System opartego na metodzie elementów skończonych.

EN

The paper presents the analysis of external wall. Based on heat transfer coefficient, the characteristics of the thermal protection of wall was defined. The heat transfer coefficient was estimated by analytical method. The temperature distribution in the partition and time required to achieve steady state were determined by numerical methods. The ADINA System based on the Finite Element Method (FEM) was used for the calculations.