مقایسه مدل المان محدود کوپل الکتریکی-حرارتی-مکانیکی با چارچوب تحلیلی برای پیش بینی ابعاد دانه جوش و منطقه متاثر از حرارت در جوش نقطه ای فولاد S۲۳۵ تحت اثر شار فرعی

این مطالعه به اعتبارسنجی یک مدل المان محدود کوپل الکتریکی-حرارتی-مکانیکی می پردازد که به منظور شبیه سازی جوش کاری مقاومتی نقطه ای ورق های فولادی S۲۳۵ توسعه یافته است. هدف اصلی، ارزیابی عملکرد این شبیه سازی در مقایسه با یک چارچوب تحلیلی اثبات شده برای پیش بینی دو ویژگی کلیدی جوش شامل قطر دانه جوش و حجم منطقه متاثر از حرارت است. مزیت اصلی این مدل المان محدود سه بعدی نسبت به چارچوب تحلیلی، توانایی شبیه سازی کامل عدم تقارن سه بعدی و تعاملات پیچیده چندفیزیکی ناشی از اثر شار فرعی است که مدل های تحلیلی متقارن قادر به پیش بینی مستقیم آن نیستند. پیش بینی های مدل تحت جریان ها و زمان های مختلف جوشکاری به صورت مورد بررسی قرار گرفت و کاربرد ویژه آن برای کمی سازی اثر شار فرعی (انحراف جریان) به کار گرفته شده است؛ پدیده ای که در آن انحراف جریان از طریق دکمه جوش قبلی، کیفیت اتصال را تضعیف می کند. نتایج حاکی از تطابق قابل توجه میان روش عددی و تحلیلی بوده است، به طوری که قطر دکمه جوش و ابعاد منطقه متاثر از حرارت به ترتیب در محدوده ۴- تا ۴ درصد و ۵- تا ۵ درصد از مقادیر مرجع تحلیلی پیش بینی شده اند. مدل تاییدشده نشان داد که اثر شار فرعی می تواند در جریان های پایین تر (۵/۷ کیلوآمپر) اندازه دانه جوش را بیش از ۲۵ درصد کاهش دهد و مهم تر آن که در شرایط مشابه، عدم تقارن جانبی قابل توجهی تا ۴۰ درصد در منطقه متاثر از حرارت ایجاد می کند که مستقیما ناشی از مسیر شار فرعی است. این همبستگی نزدیک، مدل المان محدود را به عنوان ابزاری قدرتمند و قابل اعتماد برای بهینه سازی پارامترهای جوشکاری و تحلیل تعاملات پیچیده چندفیزیکی در فرایندهای جوش نقطه ای اعتبار می بخشد.

کلیدواژه ها:

جوش کاری مقاومتی نقطه ای ، اثر شار فرعی ، اعتبارسنجی مدل ، تحلیل عددی کوپل