Enhanced friction model for Friction Stir Welding (FSW) analysis: Simulation and experimental validation

搅拌摩擦焊 摩擦力矩 扭矩 机械 工作(物理) 横向(组合学) 焊接 发热 材料科学 摩擦焊接 机械工程 工程类 物理 数学 数学分析 热力学
作者
Narges Dialami,Michele Chiumenti,Miguel Cervera,Antonio Segatori,W. Osikowicz
出处
期刊:International Journal of Mechanical Sciences [Elsevier BV]
卷期号:133: 555-567 被引量:83
标识
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2017.09.022
摘要

Friction is one of the main heat generation mechanisms in Friction Stir Welding (FSW). This phenomenon occurs between the pin and the workpiece as the rotating tool moves along the weld line. An accurate friction model is essential for obtaining realistic results in a FSW simulation in particular temperature, forces and torque. In this work, a modified Norton's friction law is developed. The suggested enhanced friction model aims at providing not only the realistic temperature field but also the forces and torque. This model does not exclusively relate the frictional shear stress to the sliding velocity; conversely it takes into account the effect of non-uniform pressure distribution under the shoulder, as this latter has an important role in the process of heat generation. Longitudinal, transversal and vertical forces and torque are numerically calculated. The effect of the enhanced friction model is reflected in these forces. In particular, it leads to a more realistic estimation of the transversal and longitudinal forces in comparison with the results obtained using former models. The friction model is successfully validated by the experimental measurements provided by the industrial partner (Sapa). The experimental analysis is performed for the material characterization, the calibration of the friction model and, more generally, the assessment of the overall numerical strategy proposed for the FSW simulation.
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