Numerical investigation of refill friction stir spot welding joints

• Autorzy: Derlatka A. , Lacki P.

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna punktowych połączeń zgrzewanych tarciowo z mieszaniem materiału

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

EN

inite element method; aluminium 6061-T6; Refill Friction Spot Stir Welding (RFSSW)

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.1
• Strony: 144--149
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz. rys.

Twórcy

autor

Derlatka A.

• Częstochowa University of Technology, Dąbrowskiego 69, 42-202 Częstochowa, Poland

autor

Lacki P.

• Częstochowa University of Technology, Dąbrowskiego 69, 42-202 Częstochowa, Poland

Bibliografia

• Assidi, M., Fourment. I... Guerdoux, S., Nelson, T., 2010, Friction Model for Friction Stir Welding Process Simulation: Calibrations from Welding Experiments, Int J Mach Tool Manu. 50, 143 155.
• Bozkurt, Y., Bilici, M.K, 2013, Application of Taguchi Approach to Optimize of FSSW Parameters on Joint Properties of Dissimilar AA2024-T3 and AA5754-H22 Aluminum Alloys, Mater Design, 51,513 521.
• Derlatka, A., Kasza, P., 2014a, Numerical Analysis of Aluminium Cellular Beams with Cells of Different Diameters, Adv Mat Res, 1020, 151 157.
• Derlatka, A., Kasza, P., 2014b, Numerical Analysis of Aluminum Cellular Beams with Cells of Different Arrangement, Adv Mat Res, 1020, 158-164.
• Derlatka, A., Kudła, K, Makles, K, 2014, Numerical Analysis of RFSSW Joints, Proc. Conf. 11th World Congress on Computational Mechanics, eds, Oñate, E., Oliver, X., Huerta, A., Barcelona, Spain, 6807 6816.
• Fanelli, P., Vivio, F., Vullo, V., 2012, Experimental and Numerical Characterization of Friction Stir Spot Welded Joints, Eng Fract Mech, 81, 17-25.
• Ghosh, M., Kumar, K, Mishra, R.S, 2011, Friction Stir Lap Welded Advanced High Strength Steels: Microstructure and Mechanical Properties, Mat Sei Eng A-Struct, 528, 8111-8119.
• Hamilton, C, Sommers, A., Dymek, S., 2009, A Thermal Model of Friction Stir Welding Applied to Sc-Modified Al-Zn-Mg-Cu Alloy Extrusions, Int J Mach Tool Manu, 49, 230 238.
• Kudła, K, Wojsyk, K., Lacki, P., Śliwa, R., 2009, Zgrzewanie Tarciowe Stopów Tytanu z Aluminium, Inżynieria Materiałowa, 5, 306-309 (in Polish).
• Kundu, S., Roy, D„ Bhola, R., Bhattacharjee, D., Mishra, B., Chatterjee, S., 2013, Microstructure and Tensile Strength of Friction Stir Welded Joints between Interstitial Free Steel and Commercially Pure Aluminium, Mater Design, 50, 370-375.
• Lacki, P., Adamus, J., Sadowski, T.. Wojsyk, K., Kneć, M., 2012. Experimental and Numerical Analysis of the Tensile Test of Aluminium Welded Samples, Proc. Conf. European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering 2012, eds, Eberhardsteiner, J., Böhm, H.J.. Rammerstorfer F.G., Vienna, Austria.
• Lacki, P., Derlatka A., 2013, The Application of FSW Technology in Aluminium Structures, Met Form, 24, 205 218.
• Mishra, R.S, Mahoney, M.W, 2007, Friction Stir Welding and Processing, ASM International, Materials Park, Ohio.
• Sadowski, T., Balawender, T, Śliwa, R., Golewski, P., Knee, M., 2013, Modern Hybrid Joints in Aerospace: Modelling and Testing, Arch Metall Mater, 58, 163-169.
• Sadowski, T., Golewski, P., 2013, Numerical Study of the Prestressed Connectors and Their Distribution on the Strength of a Single Lap, a Double Lap and Hybrid Joints Subjected to Uniaxial Tensile Test, Arch Metall Mater, 58, 579-585.
• Sadowski, T., Golewski, P., Zarzeka-Raczkowska, E., 2011, Damage and Failure Processes of Hybrid Joints: Adhesive Bonded Aluminium Plates Reinforced by Rivets, Comp Mater Sci, 50, 1256 1262.
• Sun, Y.F, Shen, J.M, Morisada, Y., Fujii, H., 2014, Spot friction stir welding of low carbon steel plates preheated by high frequency induction, Mater Design, 54, 450^157.
• Venukumar, S., Yalagi, S., Muthukumaran, S., 2013, Comparison of Microstructure and Mechanical Properties of Conventional and Refilled Friction Stir Spot Welds in AA 6061-T6 Using Filler Plate, T Nonferr Metal Soc, 23,2833-2842.
• Yuan, W., Mishra, R.S, Webb, S., Chen, Y.L, Carlson, B., Herling, D.R., Grant, G.J, 2011, Effect of Tool Design and Process Parameters on Properties of Al Alloy 6016 Friction Stir Spot Welds, J Mater Process Tech, 211, 972 977.
• Zhang, Z., Zhang, H.W, 2009, Numerical Studies on Controlling of Process Parameters in Friction Stir Welding, J Mater Process Tech, 209, 241-270.