تحلیل عددی و تجربی رشد ترک خستگی در اتصالات جوش اصطکاکی نقطه ای آلیاژ آلومینیم 6t-7075

جوشکاری اصطکاکی تلاطمی شیوه نوینی از روش جوشکاری اصطکاکی است که علاوه بر مزیت های بسیار در زمینه متالوژی، انرژی، محیط زیست و غیره محدودیت های دیگر روش های جوشکاری برای آلیاژهای آلومینیم و منیزیم را ندارد. جوشکاری اصطکاکی نقطه ای یک فرایند جوشکاری حالت جامد می باشد که در آن یک ابزار دوار مصرف نشدنی شامل یک پین متصل به یک شولدر درون دو صفحه ای که قرار است به یکدیگر جوش داده شوند فرو می رود. حرکت دورانی ابزار و اصطکاک ایجاد شده بین ابزار و صفحات باعث گرم شدن و شارش پلاستیکی فلز شده و نقطه جوش اصطکاکی شکل می گیرد. پارامترهای مهم فرایند جوشکاری، سرعت دورانی ابزار، نیروی فشاری ابزار، عمق نفوذ ابزار و مدت زمان جوشکاری می باشد. این روش جوشکاری برای آلیاژهای آلومینیم، منیزیم و اخیراً فولاد توسعه یافته است. ویژگی هایی هم چون جوشکاری صفحات با ضخامت و جنس های متفاوت، استحکام و کیفیت بالای جوش از مزایای این روش جوشکاری می باشد. با توجه به این که پدیده خستگی یکی از مهم ترین حالت های شکست می باشد، توسعه مدل های مناسب برای طراحی در زمینه استحکام خستگی جوش های اصطکاکی تحت شرایط بارگذاری پیچیده، به منظور افزایش کارایی و دوام قطعات ضروری است. بسیاری از مطالعاتی که در زمینه جوش های اصطکاکی تلاطمی انجام شده است، بر اساس مشاهدات تجربی و نتایج آزمون های تجربی بوده است. در این تحقیق عمر خستگی در اتصالات جوش اصطکاکی تلاطمی نقطه ای شامل عمر آغاز و انتشار ترک خستگی، برای آلیاژ آلومینیم 6t-7075 از دو روش تجربی و عددی بررسی شده است. در روش عددی تخمین عمر خستگی با بهره گیری از تحلیل های دوبعدی و سه بعدی اجزا محدود و مدل های تخمین عمر خستگی انجام شده است. برای اعتبارسنجی نتایج عددی به دست آمده، از آزمون های تجربی و مقایسه نتایج دو روش عددی و روش تجربی استفاده شده است. مشاهدات تجربی در نمونه های کشش-برش جوش اصطکاکی تلاطمی نقطه ای قبل و بعد از آزمون های کشش استاتیکی و خستگی نشان دادند مودهای شکست تحت بارگذاری استاتیکی و متناوب کاملاً متفاوت از یکدیگر است. تحت شرایط بارگذاری استاتیکی، ترک ها از لبه های ترک اصلی جوش پدیدار می شوند و انتشار ترک های خستگی در امتداد پیرامون دکمه جوش باعث جدا شدن صفحه فوقانی می شود، که این حالت در شرایط بارگذاری متناوب کم چرخه نیز روی می دهد. تحت شرایط بارگذاری پرچرخه، انتشار ترک های خستگی در عرض قطعه نهایتاً باعث شکستگی قطعه می-گردد. نتایج عددی به دست آمده از تحلیل اجزای محدود به همراه رهیافت کرنش-عمر و مکانیک شکست به ترتیب برای تخمین عمر آغاز و انتشار ترک خستگی سازگاری خوبی را با نتایج تجربی به دست آمده از آزمون های تجربی خستگی نشان دادند. نتایج تخمین عمر آغاز ترک خستگی در اتصالات جوش اصطکاکی نقطه ای تلاطمی با استفاده از دو روش swt و morrowتقریباً مشابه یکدیگر است.