Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Mashayekhi,Abbas Ghaei
محمد مشایخی (استاد مشاور) عباس قائی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Morteza Molaei hesni
مرتضی ملائی حصنی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Prediction of Spot Weld Strength using Finite Element Modeling and Gurson Damage Model
The resistance spot welding is one of the most commonly used methods of jointing metal sheets that has several applications in different industries such as aviation, home appliances and especially automotive. Because of its widespread application in automobile production lines, the quality control and welds testing are very important issues. Tensile test is one of the quality control techniques in this type of welding. The main purpose of this work was to predict ultimate strength of the sheets welded by resistance spot welding. Therefore, this process was simulated using ABAQUS commercial finite element package for DP1000 dual phase steels. A coupled electrical-thermal simulation was first run in order to predict the temperature distribution throughout the sheets. The temperature distribution history was then imported into a structural analysis in order to predict the residual stresses within the sheets. The size of nugget and heat-affect zone were also predicted through the history of temperature at the sheets contact point. The effect of process parameters, e.g. electrical current and applied load, on the nugget size was also predicted by the simulations. In order to predict the ultimate strength of weld joint, the modified Gurson damage model was employed to simulate uniaxial tension of the welded sheets in ABAQUS. The model was divided into welt spot, heat-affected zone and base metal partitions. The weld spot partition was joined through tie constraint in ABAQUS. Different sets of material parameters for the model was assigned to each partition. The residual stress was also imported from the previous analysis as the initial stress into the new model and the uniaxial tension was simulated. The force-displacement curve in uniaxial tension was predicted using the model and then compared with that of experiment. A fairly good correlation was observed between the simulated and experimental results. Finally, the effect of electrical current amplitude, weld time and applied load on the weld strength was studied through simulation. By increasing the electrical current, the size of nugget also increased and this resulted in nugget strength. By increasing the weld time, the produced heat in contact surface also increased and resulted in a larger nugget and higher strength of the nugget. A large applied force by electrodes caused a large contact surface and higher residual stresses in the nugget and sheets which finally resulted in decrease of strength of the nugget and damage initiation at lower force. Keywords: Resistance spot welding, Finite element simulation, Residual stress, Modified Gurson damage, Tensile test.
جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای یکی از پرکاربردترین روش‌های اتصال ورق‌های فلزی است که کاربرد زیادی در صنایع مختلف از قبیل هواپیمایی، لوازم‌خانگی و به‌خصوص خودروسازی دارد. کنترل کیفیت و آزمون این جوش‌ها به‌دلیل ماهیت کاربرد آن، که اکثراً در خطوط تولید خودروها است، همواره از مسائل مهم دراین‌ارتباط بوده است. یکی از مراحل کنترل کیفی این نوع جوش، آزمون کشش است. هدف اصلی این پژوهش پیش‌بینی استحکام نهایی دو ورق جوش داده‌شده توسط جوش مقاومتی نقطه‌ای است. بنابراین، این فرآیند با استفاده از نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس برای فولاد دوفازی DP1000 شبیه‌سازی شد. در ابتدا به‌منظور پیش‌بینی توزیع دما در ورق‌ها یک کوپل الکتریکی- گرمایی شبیه‌سازی و اجرا شد. تاریخچه توزیع دما در ورق‌ها به‌عنوان ورودی آنالیز مکانیکی، به‌منظور پیش‌بینی تنش‌های پسماند در ورق‌ها مورد استفاده قرار گرفت. همچنین اندازه دکمه‌جوش و ناحیه متاثر از گرما در ورق‌ها پیش‌بینی شد. اثر پارامترهای فرآیند، به‌عنوان‌مثال جریان الکتریکی و اعمال نیرو بر روی اندازه دکمه‌جوش بررسی شد. به‌منظور پیش‌بینی استحکام نهایی اتصال جوش، مدل آسیب اصلاح‌شده گرسن برای شبیه‌سازی کشش تک‌محوره در ورق‌های جوش داده‌شده در نرم‌افزار آباکوس به‌کار گرفته شد. مدل به سه ناحیه نقطه‌جوش، منطقه متاثر از گرما و فلز پایه تقسیم‌بندی شده است. قسمت نقطه‌جوش با قید چسباندن در نرم‌افزار آباکوس به هم متصل شد. در این مدل پارامترهای ماده به هرکدام از قسمت‌های مختلف داده شده است. همچنین تنش‌های پسماند از آنالیز قبل به‌عنوان ورودی تنش‌های اولیه در مدل جدید وارد شده و کشش تک‌محوره شبیه‌سازی شد. نمودار نیرو- جابجایی در مدل با استفاده از کشش تک‌محوره بررسی شد و با نتایج تجربی مقایسه شده است. همبستگی نسبتاً خوبی بین نتایج شبیه‌سازی و تجربی مشاهده شد. در پایان اثر جریان الکتریکی، زمان جوش و اعمال نیرو بر روی استحکام جوش مورد مطالعه قرار گرفت. با افزایش جریان الکتریکی اندازه دکمه‌جوش بیشتر شده که باعث افزایش استحکام دکمه جوش شده است. با افزایش زمان عبور جریان گرمای تولیدی در ناحیه تماس بیشتر شده و ایجاد دکمه‌جوش بزرگ‌تری را نتیجه می‌دهد و نهایتاً باعث استحکام بیشتر دکمه‌جوش می‌شود. افزایش مقدار نیروی واردشده به الکترود باعث افزایش سطح تماس و همچنین تنش‌های پسماند در دکمه‌جوش و ورق‌ها می‌شود، که درنهایت باعث کاهش استحکام دکمه‌جوش شده و آسیب در نیروی کمتری رخ می‌دهد. کلمات کلیدی: جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای، شبیه‌سازی اجزای محدود، تنش پسماند، آسیب اصلاح شده گرسن، آزمون کشش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی