تعیین موقعیت‌های جوش مقاومتی نقطه‌ای در ورق‌های مونتاژی به منظور افزایش استحکام اتصال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار- دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای یکی از روش‌های متداول برای اتصال ورقه‌ای فلزی است که موقعیت و تعداد نقطه جوش‌ها روی استحکام ، هزینه و زمان تولید ورق‌ها تأثیر دارد. از این رو در این مقاله رویکردی برای طراحی موقعیت نقطه جوش‌ها ارائه شده است. برای این کار از ترکیب روش اجزاء محدود و الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. ابتدا یک نقطه جوش روی ورقه‌ای مونتاژ شده ایجاد و تحت آزمون کشش قرار گرفته است تا رفتار مکانیکی آن بدست آید. با استفاده از این رفتار، نقطه جوش در نرم‌افزار اجزاء محدود مدل‌سازی و نتایج آن با داده‌های تجربی سه نوع چیدمان متفاوت نقطه جوش‌ها صحت‌سنجی شده است. پس از صحت‌سنجی، از این مدل برای فرایند بهینه‌سازی استفاده شده است. با استفاده از این روش مشاهده شده که با انتخاب صحیح موقعیت دو، سه و چهار نقطه جوش‌ها، به ترتیب نیرو شکست تا 1/9 ،2/13 و 2/76 برابر نسبت به نیروی شکست تک جوش افزایش یافته است. از طرفی انتخاب اتصال با چهار نقطه جوش که در دایره‌ی به شعاع 18/04 میلی‌متر قرار دارند و زاویه یکی از محورهای تقارن با محور بارگذاری 65/89 درجه است، 2/76 برابر استحکام اتصال را افزایش می‌دهد.
جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای یکی از روش‌های متداول برای اتصال ورقه‌ای فلزی است که موقعیت و تعداد نقطه جوش‌ها روی استحکام ، هزینه و زمان تولید ورق‌ها تأثیر دارد. از این رو در این مقاله رویکردی برای طراحی موقعیت نقطه جوش‌ها ارائه شده است. برای این کار از ترکیب روش اجزاء محدود و الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. ابتدا یک نقطه جوش روی ورقه‌ای مونتاژ شده ایجاد و تحت آزمون کشش قرار گرفته است تا رفتار مکانیکی آن بدست آید. با استفاده از این رفتار، نقطه جوش در نرم‌افزار اجزاء محدود مدل‌سازی و نتایج آن با داده‌های تجربی سه نوع چیدمان متفاوت نقطه جوش‌ها صحت‌سنجی شده است. پس از صحت‌سنجی، از این مدل برای فرایند بهینه‌سازی استفاده شده است. با استفاده از این روش مشاهده شده که با انتخاب صحیح موقعیت دو، سه و چهار نقطه جوش‌ها، به ترتیب نیرو شکست تا 9/1 ،13/2 و 76/2 برابر نسبت به نیروی شکست تک جوش افزایش یافته است. از طرفی انتخاب اتصال با چهار نقطه جوش که در دایره‌ی به شعاع 04/18 میلی‌متر قرار دارند و زاویه یکی از محورهای تقارن با محور بارگذاری 89/65 درجه است، 76.2 برابر استحکام اتصال را افزایش می‌دهد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of the Spot Weld Locations for Increasing the Joint Strength of the Welded Plates

نویسندگان [English]

  • davood manafi 1
  • Davood Akbari 2
1 1Ph.D. Student, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2
چکیده [English]

: Resistance spot welding is one of the most common methods of joining especially in sheet metal assemblies. The number of spot welds and their pattern strongly affects the joint strength, time and costs. Therefore, a hybrid method of finite element and particle swarm optimization was introduced for determining the pattern of spot welds in this paper. At first, one spot weld joint was created on a sheet specimen, and mechanical properties of this joint were determined. The spot welding process of three cases was simulated and verified by three different experimental data. Particle swarm optimization and finite element method were linked to determine an optimum pattern of the spot weld joint. This method was utilized for two, three and four spot welds. According to this research, the fracture force of two, three, and four spot welds were 1.9, 2.13 and 2.76 times of one spot with the optimal pattern. The results indicate that the best pattern has four spots distributed on a circle with a radius of 18mm and the angle between the loading axis and symmetric axis was 66 degree.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Resistance spot welding
  • spot welding pattern
  • finite element method
  • Particle Swarm Optimization

مراجع

[1]   P. Salvini, F. Vivio, V. Vullo, A spot weld finite element for structural modelling, International Journal of Fatigue, 22(8) (2000) 645-656.
[2]  S. Aslanlar, A. Ogur, U. Ozsarac, E. Ilhan, Welding time effect on mechanical properties of automotive sheets in electrical resistance spot welding, Materials & Design, 29(7) (2008) 1427-1431.
[3]  H. Zhang, J. Senkara, Resistance welding: fundamentals and applications, CRC press, 2011.
[4]  H. Adib, J. Jeong, G. Pluvinage, Three-Dimensional Finite Element Analysis of Tensile-Shear Spot-Welded Joints in Tensile and Compressive Loading Conditions, Strength of Materials, 36(4) (2004) 353-364.
[5] S. Xu, X. Deng, An evaluation of simplified finite element models for spot-welded joints, Finite Elements in Analysis and Design, 40(9–10) (2004) 1175-1194.
[6]J.-H. Song, H. Huh, H.-G. Kim, S.-H. Kim, Evaluation of the Finite Element Modeling of Spot-Welded Region for Crash Analysis, Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, 14(2) (2006) 174-183.
[7]  S. Dancette, D. Fabregue, R. Estevez, V. Massardier, T. Dupuy, M. Bouzekri, A finite element model for the prediction of Advanced High Strength Steel spot welds fracture, Engineering Fracture Mechanics, 87 (2012) 48-61.
[8] E. Rusiński, A. Kopczyński, J. Czmochowski, Tests of thinwalled beams joined by spot welding, Journal of Materials Processing Technology, 157–158 (2004) 405-409.
[9]  X. Kong, Q. Yang, B. Li, G. Rothwell, R. English, X.J. Ren, Numerical study of strengths of spot-welded joints of steel, Materials & Design, 29(8) (2008) 1554-1561.
[10]  I. Ranjbar Nodeh, S. Serajzadeh, A.H. Kokabi, Simulation of welding residual stresses in resistance spot welding, FE modeling and X-ray verification, Journal of Materials Processing Technology, 205(1–3) (2008) 60-69.
[11] L. Liu, S.Q. Zhou, Y.H. Tian, J.C. Feng, J.P. Jung, Y.N. Zhou, Effects of surface conditions on resistance spot welding of Mg alloy AZ31, Science and Technology of Welding and Joining, 14(4) (2009) 356-361.
[12]   Ó. Martín, P. De Tiedra, M. López, Artificial neural networks for pitting potential prediction of resistance spot welding joints of AISI 304 austenitic stainless steel, Corrosion Science, 52(7) (2010) 2397-2402.
[13]   H. Eisazadeh, M. Hamedi, A. Halvaee, New parametric study of nugget size in resistance spot welding process using finite element method, Materials & Design, 31(1) (2010) 149-157.
[14]  S. Hassanifard,   Analytical and  Experimental Investigation of the Effects of Spot Weld Diameter, Gap Distance and Electrode Force on the Mixed Mode of Resistance Spot Welded-Joints, Modares Mechanical Engineering, 11(2) (2011) 39-48.
[15]   H.R. Rezaei Ashtiani, R. Zarandooz, M. Sohrabian, The numerical investigation of influence of electrode diameter on nugget diameter and thermal distribution in the resistance spot welding (RSW) of Inconel 625, Modares Mechanical Engineering, 15(8) (2015) 116-124.
[16]  Y.G. Liao, Optimal design of weld pattern in sheet metal assembly based on a genetic algorithm, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 26(5) (2005) 512-516.
[17]  M.H. Kadivar, K. Jafarpur, G.H. Baradaran, Optimizing welding sequence with genetic algorithm, Computational Mechanics, 26(6) (2000) 514-519.
[18]  S. Hassanifard, M.M. Ettefagh, Numerical and experimental investigation of fatigue life and frequency response of the different arrangements of tensile-shear spot-welded joints, Modares Mechanical Engineering, 12(1) (2012) 77-84.
[19]  S. Hassanifard, M. Zehsaz, F. Esmaeili, Spot weld arrangement effects on the fatigue behavior of multispot welded joints, Journal of Mechanical Science and Technology, 25(3) (2011) 647-653.
[20]  Q.I. Bhatti, M. Ouisse, S. Cogan, An adaptive optimization procedure for spot-welded structures, Computers & Structures, 89(17) (2011) 1697-1711.
[21]  M. Ouisse, S. Cogan, Robust design of spot welds in automotive structures: A decision-making methodology, Mechanical Systems and Signal Processing, 24(4) (2010) 1172-1190.
[22] H. Hasegawa, H. Sasaki, H. Uehara, K. Kawamo, The optimisation of spot-weld positions for vehicle design by using hybrid  meta-heuristics, International Journal of Vehicle Design, 43(1-4) (2007) 151-172.
[23] L. Wang, P.K. Basu, J.P. Leiva, Design optimisation of automobile welds, International Journal of Vehicle Design, 31(4) (2003) 377-391.
[24] S.-W. Chae, K.-Y. Kwon, T.-S. Lee, An optimal design system for spot welding locations, Finite Elements in Analysis and Design, 38(3) (2002) 277-294.
[25] A. Version, 6.13, Analysis User’s Guide, Dassault Systems, (2013).
[26]  S.S. Rao, S. Rao, Engineering optimization: theory and practice, John Wiley & Sons, 2009.
[27]  R.C. Eberhart, J. Kennedy, A new optimizer using particle swarm theory, in:  Proceedings of the sixth international symposium on micro machine and human science, New York, NY, 1995, pp. 39-43.
[28]  M. Clerc, J. Kennedy, The particle swarm-explosion, stability, and convergence in a multidimensional complex space, Evolutionary Computation, IEEE Transactions on, .37-85 )2002( )1(6
[29]  K. Socha, M. Dorigo, Ant colony optimization for continuous domains, European journal of operational research, 185(3) (2008) 1155-1173.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 5
آذر و دی 1398
صفحه 1097-1105

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار