PhD (Engineering), Associate Professor, assistant professor of Chair “Material Bonding and Processing Technology”
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технологии соединения и обработки материалов»
graduate student of Chair “Material Bonding and Processing Technology”
магистрант кафедры «Технологии соединения и обработки материалов»
One of the important parameters ensuring the production of a welded joint without continuity defects during friction stir welding is the provision of the required temperature in the metal bonding zone. Significant difficulties arise when determining experimentally the temperature directly in the stir zone of metals using thermocouples. In this regard, the application of numerical methods describing the distribution of temperature fields during friction stir welding is relevant. In the work, numerical modeling of temperature fields during friction stir welding was used, which was based on the finite element method using Abaqus/Explicit software. Modeling was carried out taking into account the coupled Euler – Lagrange approach, the Johnson – Cook plasticity model, and the Coulomb friction law. Using the finite element method, the models of a part, substrate, and tool were constructed taking into account their thermophysical properties. To reduce the computation time, an approach based on the metal mass scaling by recalculating the density of the metal and its thermal properties was used. The authors matched coefficients of scaling of the material mass and heat capacity for the selected welding mode parameters. To evaluate the validity of the results of numerical modeling of temperature fields during friction stir welding, the experimental research of the temperature fields using thermocouples was carried out. The paper shows the possibility of numerical modeling of temperature fields during friction stir welding with the help of the coupled Euler – Lagrange approach and Abaqus/Explicit software. Due to the application of the approach associated with material mass scaling, the calculation time is reduced by more than 10 times.
Одним из важных параметров, обеспечивающих получение сварного соединения при сварке трением с перемешиванием без дефектов сплошности, является обеспечение в зоне соединения металлов требуемой температуры. При экспериментальном определении температуры непосредственно в зоне перемешивания металлов с помощью термопар возникают значительные трудности. В связи с этим актуальным представляется использование численных методов, описывающих распределение температурных полей при сварке трением с перемешиванием. В работе выполнено численное моделирование температурных полей при сварке трением с перемешиванием на основе метода конечных элементов с использованием программного обеспечения Abaqus/Explicit. Моделирование выполнялось на основе связанного подхода Эйлера – Лагранжа, модели пластичности материала Джонсона – Кука и закона трения Кулона. С помощью метода конечных элементов построены модели детали, подложки и инструмента с учетом их теплофизических свойств. Для сокращения времени вычислений использовался подход масштабирования массы путем пересчета плотности материала и его тепловых свойств. Были подобраны коэффициенты масштабирования теплоемкости и массы материала для выбранных параметров режима сварки. Для оценки адекватности результатов численного моделирования температурных полей при сварке трением с перемешиванием были проведены экспериментальные исследования температурных полей с использованием термопар. Показана возможность численного моделирования температурных полей при сварке трением с перемешиванием с помощью связанного подхода Эйлера – Лагранжа и программного обеспечения Abaqus/Explicit. Благодаря применению подхода, связанного с масштабированием массы материала, время вычислений сокращено более чем в 10 раз.