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FEM逆解析による摩擦攪拌接合における接合入熱の予測手法の確立

Research Project

Project/Area Number 15760541
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Material processing/treatments
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

津村 卓也  大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (00283812)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords摩擦攪拌接合 / 有効接合入熱 / 有限要素法 / 定常熱伝導逆解析 / 温度計測 / アルミニウム合金 / 非定常熱伝導解析
Research Abstract

荷重制御型摩擦攪拌接合装置を使用し,アルミニウム合金板A5052-H34,A6061-T651,およびA2017-T4(100mm×500mm×4mmt)についてツール回転数及び接合速度をパラメータとしてビードオンプレート試験を実施した.試験時に材料表面温度,バックアップ材との接触界面温度を熱電対で測定するとともに,耐熱塗料を塗布したツール側面の表面温度を熱画像装置により測定した.その結果,材料表面温度およびバックアップ材との接触界面温度はAdvancing側とRetreating側で差があること,材料種類,ツール回転数,及び接合速度によりこの温度差が変化すること,またツール側面温度は,材料種類とツール回転数の組合せ毎に,ある接合時間を経過後準定常状態に達すること,また準定常状態に達すると接合速度によらず温度はツール先端からの距離に依存することが明らかとなった.
上述の実験結果をふまえ,有効接合入熱の推定アルゴリズムを検討し,その推定システムを構築した.ツールショルダ部でのツール回転数を加味した発熱モデルを元に有効接合入熱の初期値を計算し,接合速度に応じたAdvancing側とRetreating側への案分割合の8候補について定常熱伝導解析を実施し,温度測定点における解析値と実験値を比較する.実験値に近い順から案分割合の候補3つを選び,その範囲内で再度案分割合の候補を選択し上述の解析を実施する.このプロセスを複数回実施することにより,準定常状態における有効接合入熱の値とその案分率を推定する.
また,汎用有限要素法プログラムのサブルーチン機能を利用し,有効接合入熱の推定値とAdvancing側とRetreating側への案分割合を考慮し,入熱を表面分布熱流速で与える非定常熱伝導解析システムを構築し,A6061-T651材の幾つかのツール回転数及び接合速度条件での温度分布の時間変化と実計測データを接合実験による温度実測値と比較した結果,両者は定性的に一致した.

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (3 results) Publications (2 results)

  • [Journal Article] Analysis of Laser Fusion Zone of Lotus-type Porous Metals by 3-dimensional FEM2005

    • Author(s)
      T.Tsumura
    • Journal Title

      Proc. of Int. Conf. On New Frontiers of Process Science and Engineering in Advanced Materials (PSEA'04) Part 1(印刷中)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Al合金のFSWプロセスモニタリングとそのシミュレーション2004

    • Author(s)
      北郷雅
    • Journal Title

      溶接学会全国大会講演概要 74

      Pages: 128-128

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  • [Journal Article] ロータス型ポーラス金属のレーザ溶接性の検討2004

    • Author(s)
      津村卓也
    • Journal Title

      日本金属学会秋期大会講演概要(2004) 135回

      Pages: 153-153

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  • [Publications] 村上太一, 中田一博, 津村卓也, 池田輝之, 中嶋英雄, 牛尾誠夫: "ロータス型ポーラス金属の溶接溶け込み形状のポア方向依存性"日本金属学会秋期大会講演概要(2003). 133回. 386 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 北郷雅, 金永坤, 津村卓也, 中田一博: "Al合金のFSWプロセスモニタリングとそのシミュレーション"溶接学会全国大会講演概要. 74. (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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