Modelowanie tworzenia najnowocześniejszej spoiny
Zgrzewanie tarciowe z przemieszczeniem (FSW) to stosunkowo nowy proces przeprowadzany w stanie stałym, co oznacza łączenie dwóch metalowych elementów bez ich topienia. Elementy są ogrzewane i zmiękczane za pomocą tarcia wytwarzanego przez obracającą się część cylindryczną przechodzącą przez łączenie między dwoma elementami zaciśniętego metalu. Części są następnie łączone ze sobą z użyciem nacisku, niemal jak w przypadku dwóch kawałków gliny. FSW uważane jest za jedno z najważniejszych ostatnich osiągnięć w zakresie spajania metalu, umożliwiające wytworzenie wysokowytrzymałych, odpornych na pękanie spoin, szczególnie w odniesieniu do miękkich metali, takich jak aluminium i jego stopy. W rzeczywistości metoda ta została wykorzystana przez Narodową Agencję Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) do budowy zewnętrznego zbiornika wahadłowca kosmicznego. Oprócz korzyści mechanicznych i kosztowych, FSW to niezwykle ekologiczny proces, zużywający mniej energii niż konwencjonalne metody oraz wykorzystujący przyjazne środowisku materiały i techniki. Metoda FSW umożliwia wytworzenie bardzo nietypowych cech mikrostrukturalnych oraz różnych stref mikrostruktury. Szczegółowe zrozumienie procesu FSW pozostaje znacznie w tyle za jego faktycznym wdrożeniem, dlatego w sektorach projektowania i wytwarzania niezwykle przydatne byłoby wirtualne narzędzie do projektowania. Europejscy naukowcy postanowili stworzyć oprogramowanie do symulacji procesu FSW w ramach finansowania przeznaczonego na realizację projektu "Szczegółowe multifizyczne modelowanie spawania tarciowego z przemieszczeniem" (Deepweld). Głównym celem było uwzględnienie wielu skal, od modelowania w mikroskali po modelowanie w makroskali, jak również uzyskanie dokładnych przewidywań odnośnie do zachowań części, właściwości spoin oraz obciążeń narzędzi. Naukowcy projektu Deepweld pomyślnie rozwinęli multifizyczne, wieloskalowe, liczbowe narzędzie do symulacji procesu FSW. Narzędzie obejmowało nowy analizator przepływu materiału w najmniejszej skali z przemysłowo dostępnymi modułami skończonymi, umożliwiając modelowanie wszystkich etapów procesu FSW. Naukowcy dodali nowe moduły metalurgiczne do analizatora przepływu termomechanicznego w małej skali, aby uwzględnić zmiany mikrostruktury podczas mieszania i chłodzenia metalu. Analizator Deepweld został zastosowany do rzeczywistych podzespołów aeronautycznych. Umożliwił on dokładne obliczanie makroskopowych właściwości spoin, takich jak naprężenia resztkowe i odkształcenia, co potwierdzono w eksperymentach z użyciem paneli zgrzewanych. Oprogramowanie do symulacji procesu FSW opracowane w ramach projektu Deepweld stanowi ważne narzędzie dla projektantów i producentów części metalowych. Może ono znacząco ograniczyć czas i koszty związane z projektowaniem i wytwarzaniem produktu, jednocześnie podnosząc niezawodność i jakość wyrobów gotowych.
