1-مقدمه

در این پروژه قصد داریم به بررسی جوش نقطه­ ای بپردازیم. جهت حل این مسئله مهندسی از روش عددی استفاده شده است. به منظور شبیه­ سازی اجزای محدود این مسئله از نرم ­افزار شبیه سازی آباکوس 14-6 استفاده شده است. این تحلیل شامل مرحله می­باشد. در مرحله اول یک تحلیل حرارتی انجام خواهد شد و در آن به بررسی توزیع حرارت در قطعه­ کار می­پردازیم. در مرحله دوم به تحلیل استاتیکی و تعیین تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری پرداخته خواهد شد.

• مدلسازی حرارتی مسئله

2-1- ترسیم مدل

در ماژول part نرم ­افزار به ترسیم هندسی صفحه­ ای که بر روی آن جوش نقطه­ ای انجام خواهد شد و همچنین نقطه ­جوش می­پردازیم. در شکل 1 و شکل 2 بترتیب صفحه جوش و نقطه جوش نشان داده می­شود. صفحه جوش یک ورق فلزی مربع به طول 0.03 متر و ضخامت 0.001 متر می­ باشد.

شکل 1: صفحه جوش

شکل 2: دو نمای مختلف از نقطه جوش

2-2-تعریف جنس سازه

جنس صفحه جوش و نقطه جوش در نرم ­افزار آباکوس به ترتیب استیل 304 و مس تعریف می­شوند. با توجه به اینکه قصد داریم هم تحلیل حرارتی و هم تحلیل استاتیکی انجام دهیم، بنابراین به تمام خواص حرارتی و مکانیکی مواد مذکور لازم داریم. بنابراین در تحلیل اول خواص حرارتی استیل 304 و مس را به ترتیب مطابق با جدول 1 و جدول 2 وارد می­کنیم.

شکل 3 نحوه تعریف خواص حرارتی را در نرم ­افزار آباکوس نشان می­دهد.

جدول 1: خواص حرارتی استیل 304

جدول 2: خواص حرارتی مس

شکل 3: تعریف خواص حرارتی استیل 304 در آباکوس

2-3- مونتاژ قطعات

پس از ترسیم قطعات، جهت مونتاژ آنها وارد ماژول assembly می­شویم. در این ماژول قطعات مدل مطابق شکل 4 مونتاژ می­شوند. در این تحلیل از دو صفحه که روی هم قرار دارند و 2 نقطه جوش جهت اتصال دو صفحه مذکور استفاده خواهیم کرد.

شکل 4: مونتاژ قطعات

2-4- تعریف نوع تحلیل

جهت تعریف نوع حل مسئله وارد محیط step می­شویم و تحلیل حرارتی را مطابق شکل 5 از میان حل­های موجود انتخاب می­کنیم. همچنین نوع تحلیل حرارتی گذرا را نیز مطابق با شکل 6 در پنجره Edit step تعریف می­کنیم.

شکل 5: انتخاب نوع تحلیل

شکل 6: تعریف نوع تحلیل حرارتی

2-5- تعریف سطح تماس

جهت تعریف سطح تماس بین سطوح وارد محیط interaction می­شویم. در این ماژول ابتدا خواص سطح تماس را مطابق شکل 7 تعریف می­کنیم و سپس خواص تعریف شده را به هرکدام از سطوح در حال تماس مطابق شکل 8 بین صفحات جوش نسبت می دهیم.

شکل 7: تعریف خواص اتصال

شکل 8: تعریف سطوح تماس

همچنین ضریب انتقال حرارت جابجایی را نیز را به سطوحی از مدل که در تماس با هوا هستند مطابق شکل 9 اعمال می­ کنیم.

شکل 9: تعریف خواص انتقال حرارت جابجایی

در ادامه جهت تعریف سطح تماس بین سطوح استیل 304 و نقطه جوش از خاصیت tie مطابق با شکل 10 استفاده می­ کنیم.

شکل 10: تعریف اتصال بین صفحه و نقطه جوش

2-6- اعمال بارگذاری و شرایط مرزی

جهت اعمال بارگذاری و شرایط مرزی سازه وارد ماژول load می­شویم. در این ماژول ابتدا مطابق شکل 11 بار پتانسل الکتریکی را انتخاب می­کنیم. سپس مطابق شکل 12 و شکل 13 مقادیر پتانسیل الکتریکی صفر و 1.114 را بترتیب به سطح پایینی و سطح بالایی نقطه جوش اعمال می­کنیم.

شکل 11: انتخاب بار پتانسیل الکتریکی

شکل 12: تعریف بار پتانسیل الکتریکی به نقطه جوش سطح پایینی

شکل 13: تعریف بار پتانسیل الکتریکی به نقطه جوش سطح بالایی

در نهایت دمای محیط 25 درجه سانتیگراد را مطابق با شکل 14 به مدل اعمال می­کنیم.

شکل 14: اعمال دمای محیط به سازه

2-7- مش­بندی سازه

مش­بندی سازه نیز مطابق شکل 15 انجام خواهد شد. مش­بندی این سازه با 2654 المان خطی از نوع  DC3D8E انجام شده است.

شکل 15: مش­بندی سازه

2-8- تحلیل نتایج

پس از حل مسئله توسط نرم ­افزار آباکوس نتایج کانتور دما مطابق شکل 16 ارائه می­شود.

شکل 16: کانتور تنش فون میسز

• مدلسازی مکانیکی مسئله

 مدلسازی مکانیکی مدل جهت تعیین تنش­های پسماند ناشی از جوش نقطه­ ای در این مرحله انجام خواهد شد. برای این ابتدا باید به جای خواص حرارتی، خواص مکانیکی قطعات را مطابق جدول 1 و جدول 2 تعریف کنیم.

شکل 17 نحوه تعریف خواص مکانیکی را در نرم ­افزار آباکوس نشان می­دهد.

جدول 3: خواص حرارتی استیل 304

جدول 4: خواص حرارتی مس

2-9- تعریف نوع تحلیل

جهت تعریف نوع حل مسئله وارد محیط step می­شویم و تحلیل استاتیکی را مطابق شکل 18 از میان حل­های موجود انتخاب می­کنیم.

شکل 18: انتخاب نوع تحلیل

2-10- تعریف سطح تماس

جهت تعریف سطح تماس بین سطوح وارد محیط interaction می­شویم. در این ماژول ابتدا خواص سطح تماس را مطابق شکل 19 تعریف می­کنیم و سپس خواص تعریف شده را به هرکدام از سطوح در حال تماس مطابق شکل 20 بین صفحات جوش نسبت می دهیم.

شکل 19: تعریف خواص اتصال

شکل 20: تعریف سطوح تماس

در ادامه جهت تعریف سطح تماس بین سطوح استیل 304 و نقطه جوش از خاصیت tie مطابق با شکل 21 استفاده می­کنیم.

شکل 21: تعریف اتصال بین صفحه و نقطه جوش

همچنین به محل اتصال دو صفحه در نقطه جوش نیز خاصیت اتصال TIE مطابق شکل 22 اعمال می­کنیم.

شکل 22: تعریف اتصال بین صفحات جوش در نقطه جوش

2-11- اعمال بارگذاری و شرایط مرزی

جهت اعمال بارگذاری و شرایط مرزی سازه وارد ماژول load می­شویم. در این ماژول ابتدا مطابق شکل 23 سطح پایینی نقطه جوش پایینی را انتخاب و شرط مرزی جابجایی صفر را به آن اعمال می­کنیم. سپس مطابق شکل 24 بار متمرکز 3100 نیوتن را به سطح بالایی نقطه جوش اعمال می­کنیم.

شکل 23: اعمال شرط مرزی جابجایی

شکل 24: اعمال بار متمرکز

در نهایت مطابق با شکل 25 خروجی تحلیل حرارتی را به عنوان شرط مرزی اولیه به مدل اعمال می­کنیم.

شکل 25: اعمال شرط مرزی اولیه

2-12- تحلیل نتایج

پس از حل مسئله توسط نرم ­افزار آباکوس نتایج کانتور تنش فون میسز بر روی صفحه جوش مطابق شکل 26 و شکل 27 ارائه می­شود.

شکل 26: کاتور تنش فون میسز

شکل 27: کانتور حداکثر تنش اصلی