Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Innowacyjny MES do analizy termicznej przeszkleń architektonicznych narażonych na promieniowanie słoneczne. Propozycja uproszczonego podejścia inżynierskiego

Galuppi Laura, Maffeis Massimo, Haydar Ali, Royer-Carfagni Gianni

Świat Szkła

|

2024

|

R. 29, nr 9

34--37

2

Problem modelowania przestrzennych konstrukcji drewnianych z masywnego drewna z wykorzystaniem modeli prętowych

Janas Agnieszka, Brol Janusz

Przegląd Budowlany

|

2024

|

R. 95, nr 3

34--38

PL

W artykule przedstawiono problem właściwego odzwierciedlenia w modelowaniu komputerowym z wykorzystaniem elementów prętowych, drewnianych schodów spiralnych jako elementów z belek drewnianych ułożonych wzajemnie na sobie. Podano sposób rozwiązania tego zagadnienia przez autorów artykułu na przykładzie dyplomowej pracy inżynierskiej pt.: „Projekt wieży widokowej o konstrukcji drewnianej” [1] wykonanej przez autorkę artykułu.

EN

The article presents the problem of proper representation, in computer modelling using bar elements, of wooden spiral stairs as elements made of wooden beams stacked on top of each other. The method of solving this issue by the authors of the article is presented on the example of the engineering diploma thesis titled: „Design of an observation tower with a wooden structure” [1] prepared by the author of the article.

3

Modelowanie numeryczne MES kompozytowej belki stalowo-OSB

Derlatka Anna, Rajczyk Marlena

Przegląd Budowlany

|

2024

|

R. 95, nr 4

29--33

PL

W pracy przedstawiono model numeryczny belki zespolonej stalowo-OSB. Belka została zbudowana z cienkościennych blach stalowych usztywnionych za pomocą płyt OSB. Oceniono wrażliwość modelu numerycznego na rodzaj elementów skończonych oraz ich rozmiar. Stwierdzono, że najbardziej korzystnym rozwiązaniem jest zastosowanie modelu zbudowanego z 27-węzłowych elementów skończonych o średnim rozmiarze oczka siatki wynoszącym 10 mm. Po walidacji modelu z wynikami badań eksperymentalnych oceniono, że opracowany model numeryczny belki zespolonej może być wykorzystany do gromadzenia danych służących do predykcji nośności belki za pomocą technik uczenia maszynowego.

EN

The paper presents a numerical model of a steel-OSB composite beam. The beam was made of thin-walled steel sheets stiffened with OSB. FEM numerical calculations were performed using the ADINA System. The sensitivity of the numerical model to the type of finite elements and their size was assessed. It was found that the most advantageous solution is the use of the model built of 27-node finite elements with an average mesh size of 10 mm. After validation of the model with the results of experimental research, it was assessed that the developed numerical model of the composite beam can be used to collect data for predicting the load-bearing capacity of the beam using machine learning techniques.

4

Results of stress measurements on the guide rail supporting beams in a hoisting installation operated in the shaft Regis in relation to modelling data

Rozwadowski Krzysztof, Konewecki Artur, Pasek Rafał, Molski Szymon

Mining Machines

|

2024

|

vol. 42, iss. 2

90--107

EN

Presently the hoisting installation operated in the Wieliczka Salt Mine is mostly used for transporting visitors to the underground mine sections. It comprises two elevators which are able to effectively transport groups of up to 42 people during a single ride. Design objectives developed prior to its mounting at the shaft bottom and observations made by maintenance engineers clearly indicate that the guiding system in the shaft is very stiff and so deformations are in fact negligible. The components of the guiding system which have the highest stiffness are bunton beams, designed in accordance with pertinent regulations having relevance to hoisting installations.To verify the rationale of implementing the stiff steelwork frame, the digital model of the steelwork frame was created and numerical procedures were applied, taking into account the maximal design loads and operational loads. Numerical results were validated through measurements of real stress values at selected components of the guiding system in the hoisting installation operated in the shaft “Regis’, under variable operating conditions. The analysis of measurement data allows a preliminary evaluation of structural parameters of the car frame, highlighting the potential of reducing the mass of components selected to be optimised.

5

Modernisation of the drop forging process on the example of forming a bracket forging

Pater Zbigniew

Mechanik

|

2024

|

R. 97, nr 3

6--10

EN

This paper presents an example of the manufacturing of bracket forgings formed in a dual system. Cross-wedge rolling (CWR) was proposed as the forming method for the preform. The correctness of the adopted solution was verified in numerical simulations, which were performed using the commercial software Forge®. It was shown in detail how the shape of the workpiece changes in the individual operations of the forming process. Maps of temperature, effective strain, strain rate in the preform as well as distributions of force parameters in the rolling process are presented.

PL

W artykule przedstawiono przykład wykonywania odkuwek wspornika kształtowanych w układzie podwójnym. Jako metodę wytwarzania przedkuwki zaproponowano walcowanie poprzeczno-klinowe (WPK). Poprawność przyjętego rozwiązania zweryfikowano w symulacjach numerycznych, które wykonano w komercyjnym programie Forge®. Szczegółowo pokazano, jak zmienia się kształt przedmiotu obrabianego w poszczególnych operacjach procesu kształtowania. Przedstawiono mapy temperatury, intensywności odkształcenia, prędkości odkształcenia w przedkuwce oraz rozkłady parametrów siłowych w procesie walcowania.

6

Zastosowanie MES do oceny degradacji rur stalowych

Duszyńska Iwona, Krykowski Tomasz, Gremza Grzegorz, Stefanek Paweł, Bzówka Joanna

Materiały Budowlane

|

2024

|

nr 4

82--85

7

Wpływ ciśnienia spływowego wody na stateczność skarp i zboczy

Łupieżowiec Marian

Materiały Budowlane

|

2024

|

nr 8

24--31

PL

Bardzo częstym powodem utraty stateczności skarp i zboczy jest ciśnienie wody pojawiające się wskutek warunków atmosferycznych lub zmiany filtracji wody w podłożu. Siła będąca skutkiem tego ciśnienia przeważnie stanowi jeden z głównych czynników inicjujących utratę stateczności, na którą ma wpływ również zmiana poziomu wody w zboczu po wystąpieniu ulewnych deszczy. Stateczność z uwzględnieniem oddziaływania wody można symulować metodą elementów skończonych, stosując metodę redukcji c – φ.

EN

A very common reason for the loss of stability of slopes is water pressure resulting from weather conditions or changes in water filtration in the ground. The force resulting from these pressures is usually one of the main factors initiating the loss of stability. Stability is also influenced by changes in the water level in the slope after heavy rains. Stability taking into account the impact of water can be simulated using the finite element method using the c – φ reduction method.

8

Modelowanie i walidacja wytrzymałościowa przegrody budowlanej w zabudowie szkieletowej

Gołębiowski Łukasz, Teodorczyk Michał, Fedorczyk Zbigniew, Piekarczuk Artur

Inżynieria i Budownictwo

|

2024

|

R. 80, nr 4

239--242

PL

W artykule zaprezentowano badania doświadczalne i analizy numeryczne przegród w zabudowie szkieletowej. Przedmiotem analizy były elementy badawcze reprezentujące fragment przegrody składającej się z profili stalowych zimnogiętych oraz okładzin gipsowo-kartonowych. Przeprowadzono test wytrzymałości w układzie czteropunktowego zginania, w którym rejestrowano ciągły zapis obciążenia od przemieszczenia elementu. Badania prowadzono do momentu zniszczenia. Następnie opracowano model obliczeniowy bazujący na metodzie elementów skończonych (MES), odwzorowujący doświadczenie. Wyniki badań uzyskane w doświadczalnym teście wytrzymałościowym porównano z wynikami uzyskanymi w analizie numerycznej. Przeprowadzona walidacja modelu numerycznego wykazała dużą zgodność w zakresie charakterystyki obciążenia od przemieszczenia. Zastosowanie analiz numerycznych stanowi alternatywę dla czasochłonnych badań doświadczalnych przy szacowaniu przemieszczeń przegród w zabudowie szkieletowej.

EN

The article presents experimental research and numerical analysis of a building partition in frame construction. The subject of the analysis were sections of the building partition consisting of cold-bent steel profiles and plasterboard cladding. The experiment was carried out using a four-point bending test and recording a continuous load-displacement curve until failure. Next, a computational model based on the finite element method was developed to simulate the experiment. The results from the experimental tests were then compared with that obtained from the numerical analysis. The validation of the numerical model demonstrated a high level of agreement in terms of load-displacement characteristics. The use of numerical analyses provides an alternative to time-consuming experimental tests for estimating displacements of building partitions in frame construction.

9

Comparative study of experimental thermographic data and finite element analysis on temperature evolution of PET-G layer deposition during additive manufacturing process

Kowalski Łukasz, Bembenek Michał, Uhryński Andrzej, Bajda Szymon

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2024

|

Vol. 72, nr 1

art. no. e147926

EN

Additive manufacturing (AM) technologies have been gaining popularity in recent years due to patent releases – and in effect – better accessibility of the technology. One of the most popular AM technologies is fused deposition modeling (FDM), which is used to manufacture products out of thermoplastic polymers in a layer-by-layer manner. Due to the specificity of the method, parts manufactured in this manner tend to have non-isotropic properties. One of the factors influencing the part’s mechanical behavior and quality is the thermoplastic material’s bonding mechanism correlated with the processing temperature, as well as thermal shrinkage during processing. In this research, the authors verified the suitability of finite element method (FEM) analysis for determining PET-G thermal evolution during the process, by creating a layer transient heat transfer model, and comparing the obtained modelling results with ones registered during a real-time process recorded with a FLIR T1020 thermal imaging camera. Our model is a valuable resource for providing thermal conditions in existing numerical models that connect heat transfer, mesostructure and AM product strength, especially when experimental data is lacking. The FE model presented reached a maximum sample-specific error of 11.3%, while the arithmetic mean percentage error for all samples and layer heights is equal to 4.3%, which the authors consider satisfactory. Model-to-experiment error is partially caused by glass transition of the material, which can be observed on the experimental cooling rate curve after processing the temperature signal.

10

Wpływ zmian temperatury na stan przemieszczeń i naprężeń w płycie betonowej

Mackiewicz Piotr, Szydło Antoni

Budownictwo, Technologie, Architektura

|

2024

|

nr 3

46--51

PL

Oddziaływanie temperatury w ciągu doby powoduje istotne zmiany w odkształcaniu się płyt betonowych wbudowanych w nawierzchnie drogowe. W związku z rozszerzalnością termiczną oraz nierównomiernym oddziaływaniem temperatury, płyta betonowa odkształca się w ciągu doby w zależności od różnych warunków jej posadowienia. Związane jest to z różnymi typami warstw oraz stanem podłoża, na którym spoczywa płyta. W Polsce, z uwagi na częste zmienne warunki pogodowe, nawierzchnie betonowe poddawane są cyklicznym oraz zróżnicowanym odziaływaniom termicznym w ciągu roku i doby. W artykule przeanalizowano wpływ różnych warunków podparcia płyty na stan przemieszczeń i naprężeń w analizowanym układzie warstwowym. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w zależności od zmiennej temperatury dobowej z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES). Z obliczeń wynika, że na skutek dobowych zmian temperatury w obszarze szczelin poprzecznych w podbudowie mogą pojawić się skumulowane przemieszczenia pionowe oraz naprężenia rozciągające prowadzące do uszkodzenia nawierzchni. Wykazano, że stosowanie sztywnych podbudów prowadzi do powstawania większych naprężeń rozciągających w płycie niż dla podbudów podatnych. Natomiast w podbudowach podatnych o małym module sztywności i dodatkowo o małej grubości będą pojawiać się skumulowane przemieszczenia. Pokazano wpływ zmiany wartości modułów i podłoża na wartości termicznych naprężeń rozciągających w płycie betonowej. Stwierdzono, że nawet niewielka zmiana grubości płyty w zakresie 5 cm w specyficznych warunkach może powodować zmiany w odkształceniach i naprężeniach. Przeprowadzone analizy mogą być pomocne przy projektowaniu nowych nawierzchni betonowych jak również ocenie nośności nawierzchni istniejących spoczywających na różnorodnych podłożach.

EN

The impact of temperature over the course of a day causes significant changes in the deformation of concrete slabs embedded in road pavements. Due to thermal expansion and uneven temperature effects, a concrete slab deforms over the course of a day depending on the different conditions of its foundation. This is related to the different types of layers and the condition of the substrate on which the slab rests. In Poland, due to frequent changing weather conditions, concrete pavements are subjected to cyclic and varying thermal actions throughout the year and day. This paper analyzes the effect of different slab support conditions on the state of displacements and stresses in the analyzed pavement system. Numerical calculations were carried out as a function of varying diurnal temperature using the Finite Element Method (FEM). The calculations show that due to diurnal temperature changes, cumulative vertical displacements and tensile stresses leading to pavement failure can occur in the area of transverse cracks in the substructure. It has been shown that the use of rigid substructures leads to higher tensile stresses in the slab than for susceptible substructures. On the other hand, cumulative displacements will occur in susceptible substructures with a low modulus of stiffness and, in addition, a low thickness. The effect of changing modulus and substructure values on the values of thermal tensile stresses in a concrete slab is shown. It was found that even a small change in slab thickness in the range of 5 cm under specific conditions can cause changes in deformations and stresses. The analyses carried out can be helpful in designing new concrete pavements as well as in evaluating the load-bearing capacity of existing pavements resting on a variety of substrates.

11

Theoretical Analysis of Radial-Axial Ring Rolling Process of 7075 Aluminium Alloy

Lulkiewicz Jarosław, Kawałek Anna, Bajor Teresa, Gąsiorkiewicz Maria, Szkudelski Szymon, Chruściński Michał, Ziółkiewicz Stanisław

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2024

|

Vol. 18, no 4

386--399

EN

This paper presents an analysis of the results of the ring rolling process of EN AW - 7075 aluminium alloy using numerical modelling. The study of the rheological properties of the AW - 7075 aluminium alloy was carried out using the Gleeble 3800 metallurgical process simulator. The modelling of the ring rolling process in the experimental mill was carried out using the Simufact Forming programme based on the finite element method. Based on the analysis of the test results, the speed of the mandrel, the speed of the main roll, the temperature of the metal at the beginning and at the end of the rolling process were determined. The results of research were verified in an experimental mill.

12

Analysis of the use of a hexagonal tubular section in a beam using the finite element method

Jaskot Anna

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2023

|

Z. 29 (179)

20--26

EN

A static and strength analysis of a simply supported steel beam with a special cross-section has been described in this work. The system has been subjected to a static load. On this basis the basic strength parameters of a beam with a hexagonal tubular section compared to a beam with a circular tubular section have been determined. The analysis consisted of assessing the possibility of using the proposed beam with a particular emphasis on the limitation of deflection compared to a beam with a circular tubular cross-section. The analytical calculations of the deflection and results from a program used for numerical calculations by the finite element method have been included. The values of reduced stresses and strains were compared according to the Huber von Mises hypothesis. Based on the results obtained, it was found that the use of a hexagonal cross-section is more effective than the comparison beam due to its smaller deflection. The conclusions also indicate the direction of further research.

PL

Przeprowadzono analizę statyczno-wytrzymałościową stalowej belki swobodnie podpartej o specjalnym przekroju. Poprzez dobór obciążenia statycznego możliwe było zbadanie podstawowych parametrów wytrzymałościowych belki o przekroju rurowym heksagonalnym w porównaniu do belki o przekroju rurowym okrągłym. Analiza polegała na ocenie możliwości stosowania proponowanej belki ze szczególnym wskazaniem ograniczenia ugięcia w porównaniu do belki o przekroju okrągłym rurowym. W pracy zawarto obliczenia analityczne strzałki ugięcia oraz wyniki z programu do obliczeń numerycznych z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Porównano wartości zredukowanych naprężeń i odkształceń wg hipotezy Hubera von Misesa. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że wykorzystanie przekroju heksagonalnego jest bardziej efektywne, ze względu na mniejsze ugięcie, niż w przypadku belki porównawczej. W podsumowaniu wskazano kierunek dalszych badań.

13

An experimental and numerical evaluation of the mechanical properties of 3D prints made by Fused Filament Fabrication

Lacki Piotr, Derlatka Anna, Kwapisz Marcin, Idziak-Jabłońska Aneta

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2023

|

Z. 29 (179)

79--84

EN

The paper presents the results of experimental research as well as numerical calculations of 3D printouts made using Fused Filament Fabrication (FFF) made of PLA filament. The aim of the work was to determine the mechanical properties of the printouts. It was observed that the modulus of elasticity of the printouts does not depend on the geometry of the samples nor the direction of the printouts. Conversely, the tensile strength and strains of the prints do depend on the geometry and the direction of the prints in relation to the direction of loading.

PL

Przedstawiono zarówno wyniki badań, jak i obliczenia numeryczne wydruków 3D wykonanych z wykorzystaniem metody druku przyrostowego (FFF) wykonanych z filamentu PLA. Celem pracy było określenie własności mechanicznych. Zaobserwowano, że moduł Younga wydruków nie zależy od geometrii próbek ani od kierunku wydruków, natomiast wytrzymałość na rozciąganie i odkształcenia wydruków zależą od geometrii oraz od kierunku wydruków w stosunku do kierunku obciążania.

14

A comparative analysis of single-field concrete slabs reinforced with FRP bars

Piotr Lacki, Niemiro-Maźniak Judyta, Derlatka Anna, Gąćkowski Roman

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2023

|

Z. 29 (179)

85--91

EN

Fibre-reinforced composite bars (FRP) are becoming an increasingly common alternative to steel reinforcement in civil structures. The paper presents a comparative analysis of single-field concrete slabs reinforced with steel bars and FRP bars. The tested models differed in the type of reinforcement material and the diameter of the reinforcement bars. The behaviour of slab reinforced with steel bars (SRB) and composite bars made of GFRP, CFRP, BFRP and AFRP were simulated. The numerical analysis was carried out in the ADINA System program, based on the Finite Element Method (FEM). The obtained distributions of displacements and the development of cracks in the tested elements made it possible to assess the serviceability limit states (SLS) the slabs. The smallest deflections were observed for slabs reinforced with AFRP bars.

PL

Pręty kompozytowe wzmacniane włóknami (FRP) stają się coraz częstszą alternatywą zbrojenia stalowego w konstrukcjach budowlanych. W pracy przedstawiono analizę porównawczą jednopolowych płyt betonowych zbrojonych prętami stalowymi oraz prętami FRP. Badane modele różniły się rodzajem materiału zbrojenia i średnicą prętów zbrojeniowych. Symulowano zachowanie płyt zbrojonych prętami stalowymi (SRB) i prętami kompozytowymi GFRP, CFRP, BFRP oraz AFRP. Analizę numeryczną przeprowadzono w programie ADINA System, opartym na metodzie elementów skończonych (MES). Uzyskane rozkłady przemieszczeń oraz rozwój zarysowań w badanych elementach pozwoliły na ocenę stanu granicznego użytkowalności płyt. Najmniejsze ugięcia zaobserwowano dla płyt zbrojonych prętami AFRP.

15

The effect of sound-absorbing walls on the acoustic properties of the modelled unit cell of a sound-absorbing metamaterial

Chojak Aleksandra, Binek Wojciech, Chojnacki Bartłomiej, Pawlik Jan, Idczak Julia

Vibrations in Physical Systems

|

2023

|

Vol. 34, nr 2

art. no. 2023212

EN

Cavity-based metamaterials are usually designed for sound absorbing or sound scattering properties. They are built of combinations of ducts and slits, which in the case of acoustic absorbers are designed to maximize the sound absorption at resonance frequencies through the appearance of the viscothermal losses. The unit cells are designed under the assumption of perfectly rigid walls, shared by all the analytical models. Sound absorbing properties of the structures result from viscothermal losses in small ducts. The paper discusses the influence of adding sound absorption to the walls in the numerical model on the results of the observed sound absorption coefficient. It is demonstrated that the resulting sound absorption of the structure varies with changing sound absorption coefficient of the walls of the structure. The same observations are made for 3D-printed measurement samples, showing the importance of including the sound absorption of the walls in the modelling process.

16

Calculation strength optimum of surgical robot effector for mechanical eigenproblems using FEM and genetic algorithm

Ilewicz Grzegorz

Vibrations in Physical Systems

|

2023

|

Vol. 34, nr 1

art. no. 2023106

EN

It is essential to check whether the surgical robot end effector is safe to use due to phenomena such as linear buckling and mechanical resonance. The aim of this research is to build an multi criteria optimization model based on such criteria as the first natural frequency, buckling factor and mass, with the assumption of the basic constraint in the form of a safety factor. The calculations are performed for a serial structure of surgical robot end effector with six degrees of freedom ended with a scalpel. The calculation model is obtained using the finite element method. The issue of multi-criteria optimization is solved based on the response surface method, Pareto fronts and the genetic algorithm. The results section illustrates deformations of a surgical robot end effector occurring during the resonance phenomenon and the buckling deformations for subsequent values of the buckling coefficients. The dependencies of the geometrical dimensions on the criteria are illustrated with the continuous functions of the response surface, i.e. metamodels. Pareto fronts are illustrated, based on which the genetic algorithm finds the optimal quantities of the vector function. The conducted analyzes provide a basis for selecting surgical robot end effector drive systems from the point of view of their generated inputs.

17

Impact analysis of micro-jet cooling for stress concentration in a crane bumper during a collision

Haniszewski Tomasz, Węgrzyn Tomasz, Szczucka-Lasota Bożena

Transport Problems

|

2023

|

T. 18, z. 2

97--110

EN

In the structure of crane bumpers, there is a need to join various types of steel. Usually, low-alloy steel structures are used for this purpose, which can be represented by S355J2 steel. The tensile strength of S355J2 low-alloy steel is slightly below 600 MPa, and the tensile strength of S355J2 steel is at the high level of 200 J at ambient temperature. The impact strength of this steel in negative temperatures is also good at over 47 J at -60 °C, so it meets the 6th class of impact toughness. Welding structures, after classic gas metal arc welding (GMAW) processes, meet only the second impact toughness class. An improved GMAW process was used by micro-jet cooling application to raise the mechanical properties of the joints. The microstructure and main properties of the joints were carefully analyzed. The influence of using the new suggested welding process on the various properties of the welds is presented (UTS - ultimate tensile strength, YS - yield strength, Poisson ratio, elongation, Young’s modulus). Then, the effects of tests for use in crane bumper construction were checked by using a hybrid finite element method (FEM) analysis.

18

Simulation of displacement of cutting tool holders used for turning

Mautner Viktor, Horvat Katarina, Stoić Marija, Stoić Antun

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2023

|

nr 2

41--49

EN

This paper gives a comparison of the deformation and deflection of two types of tool holders used in turning processes. Comparison of the deflection and stresses has been performed on the location where the highest value of deflection can be measured i.e. on the tip of the cutting insert. Selected tool holder types (TH1 and TH2) have rectangular and polygonal shank. Tool holders were 3D modelled in SolidWorks and Autodesk Inventor software packages and exposed to the loading with ANSYS structural analysis FEM software. In FEM analysis, two elements size of the network are selected (mesh size 5 and 1 mm). The simulation was carried out for five different loading values acting on the tool holder model. Obtained results confirm lower deflections on CAPTO tool holders.

PL

W artykule porównano odkształcenie i ugięcie dwóch typów oprawek narzędziowych stosowanych w procesach toczenia. Porównanie ugięcia i naprężeń wykonano w miejscu, w którym można zmierzyć największą wartość ugięcia, czyli na czubku płytki skrawającej. Wybrane typy oprawek narzędziowych (TH1 i TH2) mają chwyt prostokątny i wielokątny. Uchwyty narzędziowe zostały wymodelowane w 3D w pakietach oprogramowania SolidWorks i Autodesk Inventor i poddane obciążeniu za pomocą oprogramowania do analizy strukturalnej FEM ANSYS. W analizie MES wybierane są dwa rozmiary elementów sieci (rozmiar oczek 5 i 1 mm). Symulację przeprowadzono dla pięciu różnych wartości obciążeń działających na model oprawki. Uzyskane wyniki potwierdzają mniejsze naprężenia i ugięcia oprawek narzędziowych CAPTO.

19

Wyniki badań sejsmicznych systemu mocowania szkła dekoracyjnego do ścian

Gulnick Jim

Świat Szkła

|

2023

|

R. 28, nr 7-8

38--43

20

Numerical analysis of stress and temperature in the friction stir welding (FSW) process of steel

Szczecina Michał

Structure and Environment

|

2023

|

Vol. 15, no. 4

196--207

EN

Friction stir welding (FSW) is a modern technology for joining various metals, which has already undergone many laboratory tests, but still requires the development of numerical models. Author of the paper decided to summarize the current state of scientific knowledge regarding the modelling of the FSW process using the finite element method (FEM) and showed the main directions of development of numerical research on this process. Very advanced models are a combination of solid mechanics and fluid dynamics, but they often require expanding the computing environment with its own subroutines, as well as calibration and validation of some material parameter and constants occurring e.g. in the heat generation and heat flow laws. The Author of the paper proposed his own, simplified model, based on the computational solid mechanics and Lagrangian formulation. The model turned out to be an effective tool to reproduce stress and temperature fields during the FSW process.

PL

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (FSW) jest nowoczesną technologią łączenia różnych metali, posiadającą wiele zalet w porównaniu z tradycyjnym spawaniem. Zgrzewanie tarciowe zostało do tej pory poddane licznym badaniom laboratoryjnym, natomiast wymaga ciągłego rozwoju modeli numerycznych do symulacji tego procesu metodą elementów skończonych (MES). Autor artykułu postanowił dokonać podsumowania aktualnego stanu wiedzy dotyczącej modelowania zgrzewania tarciowego przy użyciu MES oraz wskazać główne kierunki rozwoju symulacji numerycznych tego procesu. Zaawansowane modele numeryczne zgrzewania tarciowego są kombinacją mechaniki ciała stałego z dynamiką płynów, a więc często wymagają rozbudowania środowiska obliczeniowego za pomocą własnych podprogramów, jak również kalibracji i walidacji wielu parametrów i stałych wymaganych do zdefiniowania np. prawa wytwarzania ciepła i prawa przepływu strumienia ciepła. Autor zaproponował swój własny uproszczony model bazujący na mechanice ciała stałego i opisie Lagrange’a. Model okazał się efektywnym narzędziem do odtworzenia naprężeń i pola temperatury w procesie zgrzewania tarciowego z przemieszaniem.