The paper concerns mathematical and numerical modelling of temperature field with convective motion of liquid metal in the melted zone taken into account and numerical estimation of structure composition of a plate made of S355 steel, butt-welded by laser-arc hybrid welding technique. Coupled transport phenomena, including heat transfer and fluid flow in the melted zone, were described respectively by transient heat transfer equation with convective term and Navier-Stokes equation. Latent heat associated with the material's state changes and latent heat of phase transformations in solid state were taken into consideration in the solution algorithm. The kinetics of phase transformations and volumetric fractions of arising phases were calculated on the basis of the Johnson-Mehl-Avrami (JMA) and Koistinen-Marburger (KM) classic mathematical models. In modelling of phase transformations during heating continuous heating transformation (CHT) diagram was used, whereas continuous cooling transformation (CCT) diagram was used in modelling of phase transformations during cooling of welded steel.Transient heat transfer equation was solved using finite element method in Petrov-Galerkin formulation and Navier-Stokes equation was solved in Chorin's projection method. The solution algorithms were implemented in ObjectPascal programming language.Keywords: Laser-arc hybrid welding, heat transfer, fluid flow, phase transformations, structure composition, numerical modelling Praca zawiera numeryczne modelowanie pola temperatury oraz prognozowanie numeryczne składu strukturalnego płasko-wnika wykonanego ze stali S355, spawanego doczołowo techniką hybrydową laser-łuk elektryczny. Model pola temperatury uwzględnia ruch ciekłego metalu w jeziorku spawalniczym. Sprzężone zjawiska transportu ciepła i cieczy w strefie przetopienia opisywane są równaniem nieustalonego przewodzenia ciepła z członem konwekcyjnym i równaniem Naviera-Stokesa. W algorytmie numerycznym uwzględniono ciepła związane ze zmianą stanu skupienia materiału i ciepła przemian fazowych w stanie stałym. Kinetykę przemian fazowych w stanie stałym oraz algorytmy numeryczne wyznaczania ułamków objętościowych powstających faz oparto na równaniach Johnsona-Mehla-Avramiego (JMA) i Koistinena-Marburgera (KM). W modelowaniu przemian nagrzewania wykorzystano wykres ciągłego nagrzewania (CTPc A ), natomiast w modelowaniu przemian chłodzenia wykorzystano spawalniczy wykres przemian austenitu (CTPc-S) spawanej stali. Do rozwiązania równania nieustalonego przewodzenia ciepła zastosowano metodę elementów skończonych w sformuło-waniu Petrov-Galerkina, a równanie Naviera-Stokesa rozwiązano metodą projekcji Chorina. Algorytmy analizy rozważanych zagadnień zaimplementowano w języku programowania ObjectPascal.
The work concerns the numerical modelling of coupled thermal and mechanical phenomena occurring in the laser beam welding process. Commercial Abaqus FEA engineering software is adopted to numerical computations in order to perform a comprehensive analysis of thermo-mechanical phenomena. Created in Fortran programming language additional numerical subroutines are implemented into Abaqus solver, used to describe the power intensity distribution of the movable laser beam heat source. Temperature dependent thermomechanical properties of X5CrNi18-10 steel are adopted in the numerical analysis of stress and strain states. Mathematical and numerical models are verified on the basis of a comparison between selected results of computer simulations and experimental studies on butt-welded joints.Numerical simulations are presented for steel sheet with a thickness of 2 mm. Temperature distributions, the shape and size of melted zone as well as residual stress and deformations are presented for analyzed elements. Numerically determined deflections are compared with the measured deflection of welded joint.
Numerical simulation of deformations in laser welded T-joint is carried out in this study. The analysis is performed using Abaqus FEA engineering software. Additional author's numerical subroutines, written in FORTRAN programming language are used in computer simulations where models of the distribution of movable laser beam heat source, kinetics of phase transformations in solid state as well as thermal and structural strain are implemented. Thermomechanical properties of welded material changing with temperature are taken into account in the analysis.Presented results of numerical simulations performed for the laser beam welding of two perpendicularly arranged sheets include temperature distribution, kinetics of phase transformations in solid state, thermal and structural strain as well as estimated welding deformations.Keywords: Laser welding, numerical modelling, welding deformations, T-joint W pracy przeprowadzono analizę numeryczną deformacji złącza teowego spawanego wiązką laserową. Analizę numeryczną przeprowadzono z wykorzystaniem pakietu oprogramowania inżynierskiego Abaqus FEA. W symulacjach komputerowych wykorzystano dodatkowe, autorskie procedury numeryczne napisane w języku programowania Fortran, gdzie implementowano modele rozkładu mocy ruchomego źródła ciepła wiązki laserowej, kinetyki przemian fazowych w stanie stałym oraz odkształ-ceń termicznych i strukturalnych. W analizie uwzględniono zmienne z temperaturą własności termomechaniczne spawanego materiału.Przedstawione wyniki symulacji komputerowych wykonanych dla spawania laserowego dwóch prostopadle ułożonych blach obejmują rozkłady temperatury, kinetykę przemian fazowych w stanie stałym, odkształcenia cieplne i strukturalne oraz oszacowane odkształcenia spawalnicze.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.