| _version_ |
1828460291784966144
|
| author |
Γερμανού, Αθηνά
|
| author2 |
Αλεξόπουλος, Νικόλαος
|
| author_facet |
Αλεξόπουλος, Νικόλαος
Γερμανού, Αθηνά
|
| author_sort |
Γερμανού, Αθηνά
|
| collection |
DSpace
|
| description |
Τα κράματα τρίτης γενιάς αλουμινίου-λιθίου αποτελούν καινοτόμα υλικά με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και υψηλή αντοχή σε σύγκριση με τα υπόλοιπα κράματα αλουμινίου της σειράς 2xxx, όπως για παράδειγμα το κράμα αλουμινίου 2024. Το κράμα αλουμινίου 2198 είναι ένα σχετικά νέο κράμα και εφαρμόζεται ήδη στην άτρακτο των αεροσκαφών. Με τη χρήση κραμάτων αλουμινίου-χαλκού-λιθίου μπορεί να επιτευχθεί μείωση του βάρους των αεροσκαφών κατά 20% σε σχέση με τη χρήση κραμάτων αλουμινίου-χαλκού-μαγνησίου. Οι βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες οφείλονται συχνά στην περιεκτικότητα σε λίθιο, που επιτρέπει τον σχηματισμό επιπλέον φάσεων ισχυροποίησης από κατακρημνίσεις.
Στην παρούσα Διπλωματική εργασία μελετάται η εκτίμηση των μακροσκοπικών εφελκυστικών μηχανικών ιδιοτήτων του συγκολλημένου με δέσμη λέιζερ (laser beam) αεροναυπηγικού κράματος αλουμινίου-λιθίου ΑΑ2198 με τη εφαρμογή της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Σε προηγούμενη πειραματική μελέτη, πραγματοποιήθηκε συγκόλληση με δέσμη λέιζερ του κράματος ΑΑ2198-Τ3 κατά την οποία χρησιμοποιήθηκε υλικό πλήρωσης αλουμινίου-πυριτίου. Τα ελάσματα υπεβλήθησαν σε θερμική κατεργασία μετά τη συγκόλληση στους 170οC και για διαφορετικούς χρόνους που περιλαμβάνουν τις καταστάσεις υπο-γήρανσης, μέγιστη-γήρανσης και υπερ-γήρανσης. Στη συνέχεια, κατασκευάστηκαν τα απαραίτητα δοκίμια μηχανικών δοκιμών με την διεργασία κοπής με νερό (waterjet cutting). Τα δοκίμια μικρο-εφελκυσμού εξήχθησαν από το βασικό υλικό και από τις συγκολλημένες περιοχές (ζώνη τήξης και θερμικά επηρεαζόμενη ζώνη), ώστε να διερευνηθούν οι αλλαγές στις μηχανικές ιδιότητες. Τα αποτελέσματα των τοπικών μηχανικών ιδιοτήτων του συγκολλημένου με δέσμη λέιζερ κράματος ΑΑ2198, εισήχθησαν στο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων που αναπτύχθηκε. Το μοντέλο δέχεται ως εισροές τις διαφορετικές παραμέτρους συγκόλλησης, όπως το πλάτος και τη γωνία, και τις γεωμετρικές ατέλειες, με σκοπό να προβλέψει τις μακροσκοπικές εφελκυστικές μηχανικές ιδιότητες σε διαφορετικές περιπτώσεις.
Για την κατάσταση Τ3 παρατηρήθηκε ότι για χαμηλότερες τιμές πλάτους και γωνίας συγκόλλησης, οι τάσεις συγκεντρώνονται στην επάνω της περιοχής συγκόλλησης, ενώ για υψηλότερες τιμές παρατηρείται ανακατανομή των τάσεων στην κάτω ζώνη. Αλλαγές στην γωνία συγκόλλησης δεν επιδρούν ιδιαίτερα στις καταστάσεις υπο-γήρανσης και μέγιστης γήρανσης, αλλά επηρεάζουν στην περίπτωση υπερ-γήρανσης όπου η κατανομή των τάσεων γίνεται σε περισσότερες από μία ζώνες. Επιπλέον, η αύξηση του πλάτους οδηγεί σε αυξημένη διάδοση των τάσεων στην περιοχή τήξης και στην περιοχή της θερμικά επηρεαζόμενης ζώνης για την κατάσταση Τ3 και την υπερ-γήρανση. Για αυξημένη υπερπλήρωση η μέγιστη τάση για τις 3, 48 και 98 ώρες τεχνητής γήρανσης υπολογίζεται περίπου στο 2.5%, 2.0% και 1.0%, αντίστοιχα, ενώ προκαλείται και ανακατανομή των τάσεων στην πάνω ζώνη της περιοχής συγκόλλησης. Επιπρόσθετα, η υποπλήρωση οδηγεί σε ανακατανομή των τάσεων στην πάνω ζώνη της περιοχής συγκόλλησης για 48 και 98 ώρες τεχνητής γήρανσης και αυτό οφείλεται στην εγκοπή της επάνω επιφάνειας. Τέλος, για την κατάσταση Τ3 παρατηρήθηκε ότι με το τρέξιμο του μετάλλου προκύπτει έντονη διάδοση των τάσεων από την κάτω προς την επάνω ζώνη της ζώνης τήξης.
|
| id |
oai:hellanicus.lib.aegean.gr:11610-23816
|
| institution |
Hellanicus
|
| language |
English
|
| publishDate |
2022
|
| record_format |
dspace
|
| spelling |
oai:hellanicus.lib.aegean.gr:11610-238162022-06-24T08:41:00Z Theoretical study of a laser beam welded Al-Li AA2198 alloy under different artificial ageing conditions Θεωρητική μελέτη του συγκολλημένου με δέσμη λέιζερ Al-Li 2198 κράματος κάτω από διαφορετικές συνθήκες τεχνητής γήρανσης Γερμανού, Αθηνά Αλεξόπουλος, Νικόλαος Al-Cu-Li alloy Κράματα Al-Li-Cu Συγκόλληση με ακτίνα λέιζερ Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων laser beam welding finite element method Laser beams Finite element method Isogeometric analysis Combinatorial geometry Alloys Metallic composites Metals Aluminum-lithium alloys Lithium alloys Τα κράματα τρίτης γενιάς αλουμινίου-λιθίου αποτελούν καινοτόμα υλικά με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και υψηλή αντοχή σε σύγκριση με τα υπόλοιπα κράματα αλουμινίου της σειράς 2xxx, όπως για παράδειγμα το κράμα αλουμινίου 2024. Το κράμα αλουμινίου 2198 είναι ένα σχετικά νέο κράμα και εφαρμόζεται ήδη στην άτρακτο των αεροσκαφών. Με τη χρήση κραμάτων αλουμινίου-χαλκού-λιθίου μπορεί να επιτευχθεί μείωση του βάρους των αεροσκαφών κατά 20% σε σχέση με τη χρήση κραμάτων αλουμινίου-χαλκού-μαγνησίου. Οι βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες οφείλονται συχνά στην περιεκτικότητα σε λίθιο, που επιτρέπει τον σχηματισμό επιπλέον φάσεων ισχυροποίησης από κατακρημνίσεις. Στην παρούσα Διπλωματική εργασία μελετάται η εκτίμηση των μακροσκοπικών εφελκυστικών μηχανικών ιδιοτήτων του συγκολλημένου με δέσμη λέιζερ (laser beam) αεροναυπηγικού κράματος αλουμινίου-λιθίου ΑΑ2198 με τη εφαρμογή της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Σε προηγούμενη πειραματική μελέτη, πραγματοποιήθηκε συγκόλληση με δέσμη λέιζερ του κράματος ΑΑ2198-Τ3 κατά την οποία χρησιμοποιήθηκε υλικό πλήρωσης αλουμινίου-πυριτίου. Τα ελάσματα υπεβλήθησαν σε θερμική κατεργασία μετά τη συγκόλληση στους 170οC και για διαφορετικούς χρόνους που περιλαμβάνουν τις καταστάσεις υπο-γήρανσης, μέγιστη-γήρανσης και υπερ-γήρανσης. Στη συνέχεια, κατασκευάστηκαν τα απαραίτητα δοκίμια μηχανικών δοκιμών με την διεργασία κοπής με νερό (waterjet cutting). Τα δοκίμια μικρο-εφελκυσμού εξήχθησαν από το βασικό υλικό και από τις συγκολλημένες περιοχές (ζώνη τήξης και θερμικά επηρεαζόμενη ζώνη), ώστε να διερευνηθούν οι αλλαγές στις μηχανικές ιδιότητες. Τα αποτελέσματα των τοπικών μηχανικών ιδιοτήτων του συγκολλημένου με δέσμη λέιζερ κράματος ΑΑ2198, εισήχθησαν στο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων που αναπτύχθηκε. Το μοντέλο δέχεται ως εισροές τις διαφορετικές παραμέτρους συγκόλλησης, όπως το πλάτος και τη γωνία, και τις γεωμετρικές ατέλειες, με σκοπό να προβλέψει τις μακροσκοπικές εφελκυστικές μηχανικές ιδιότητες σε διαφορετικές περιπτώσεις. Για την κατάσταση Τ3 παρατηρήθηκε ότι για χαμηλότερες τιμές πλάτους και γωνίας συγκόλλησης, οι τάσεις συγκεντρώνονται στην επάνω της περιοχής συγκόλλησης, ενώ για υψηλότερες τιμές παρατηρείται ανακατανομή των τάσεων στην κάτω ζώνη. Αλλαγές στην γωνία συγκόλλησης δεν επιδρούν ιδιαίτερα στις καταστάσεις υπο-γήρανσης και μέγιστης γήρανσης, αλλά επηρεάζουν στην περίπτωση υπερ-γήρανσης όπου η κατανομή των τάσεων γίνεται σε περισσότερες από μία ζώνες. Επιπλέον, η αύξηση του πλάτους οδηγεί σε αυξημένη διάδοση των τάσεων στην περιοχή τήξης και στην περιοχή της θερμικά επηρεαζόμενης ζώνης για την κατάσταση Τ3 και την υπερ-γήρανση. Για αυξημένη υπερπλήρωση η μέγιστη τάση για τις 3, 48 και 98 ώρες τεχνητής γήρανσης υπολογίζεται περίπου στο 2.5%, 2.0% και 1.0%, αντίστοιχα, ενώ προκαλείται και ανακατανομή των τάσεων στην πάνω ζώνη της περιοχής συγκόλλησης. Επιπρόσθετα, η υποπλήρωση οδηγεί σε ανακατανομή των τάσεων στην πάνω ζώνη της περιοχής συγκόλλησης για 48 και 98 ώρες τεχνητής γήρανσης και αυτό οφείλεται στην εγκοπή της επάνω επιφάνειας. Τέλος, για την κατάσταση Τ3 παρατηρήθηκε ότι με το τρέξιμο του μετάλλου προκύπτει έντονη διάδοση των τάσεων από την κάτω προς την επάνω ζώνη της ζώνης τήξης. Third generation Al-Cu-Li alloys are highly promising material with improved mechanical properties and damage-resistance behavior than other commercially Al alloys of the 2xxx series such as AA2024. Aluminum alloy 2198 is a relatively new alloy and is already used for fuselage skin applications in aircrafts. The use of high-strength Al-Cu-Li alloys can lead to a structural weight saving of about 20 % when compared to conventional Al-Cu-Mg alloys. The improved mechanical properties are quite often associated with the lithium concentration that enables the formation of additional strengthening precipitates. The present work investigates the estimation of the macroscopical tensile mechanical properties of the laser beam welded (LBWed) joints of aeronautical aluminum alloy 2198 under different heat treatments via finite element (FE) method. Based on previous experimental research, Al-Cu-Li AA2198-T3 alloy sheets were LBWed with Al-Si wire as filler material. The sheets were post weld heat treated at 170oC and for different ageing times namely, under-ageing (UA), peak-ageing (PA) and over-ageing (OA) conditions. Micro-flat tensile (MFT) specimens were extracted from all regions of interest within the welded joint to address local changes in mechanical properties. The mechanical properties from the experimental tests of AA2198 joint were used as an input to the finite element model (FEM). The theoretical investigation involves the development of a FEM that takes into account the geometry of the welded joint cross-section, as well as the local mechanical properties of the different zones of the weld. Moreover, the laser beam welding parameters that were selected in order to study their effect are the following: weld bead width, weld angle, underfill, undercut, and root reinforcement. About the angle’s effect, at T3 condition and for 85° & 90° angle a stress redistribution takes place, and the stress focuses on the bottom zone. The angle of welding has not any essential effect in the UA and PA conditions, due to the local stress concentration, but it plays an important role in the OA conditions. For higher values of weld bead, a widely stress distribution can be observed in the FZ and the HAZ for T3 and OA condition. By the increase of excessive weld metal, a significant maximum strain increase for UA, PA and OA conditions are noted, with maximum values 2.5%, 2.0% and 1.0%. Additionally, the incompletely filled groove leads to a stress redistribution for PA and OA conditions, and this transition lies on the groove of the top surface. Due to the excessive penetration in the T3 condition, an intense stress occurs from the bottom to the top zone of the fusion region. 2022-05-19T11:16:37Z 2022-05-19T11:16:37Z 2022-02 http://hdl.handle.net/11610/23816 en CC0 1.0 Παγκόσμια http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ 66 σ. application/pdf Χίος
|
| spellingShingle |
Al-Cu-Li alloy
Κράματα Al-Li-Cu
Συγκόλληση με ακτίνα λέιζερ
Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
laser beam welding
finite element method
Laser beams
Finite element method
Isogeometric analysis
Combinatorial geometry
Alloys
Metallic composites
Metals
Aluminum-lithium alloys
Lithium alloys
Γερμανού, Αθηνά
Theoretical study of a laser beam welded Al-Li AA2198 alloy under different artificial ageing conditions
|
| title |
Theoretical study of a laser beam welded Al-Li AA2198 alloy under different artificial ageing conditions
|
| title_full |
Theoretical study of a laser beam welded Al-Li AA2198 alloy under different artificial ageing conditions
|
| title_fullStr |
Theoretical study of a laser beam welded Al-Li AA2198 alloy under different artificial ageing conditions
|
| title_full_unstemmed |
Theoretical study of a laser beam welded Al-Li AA2198 alloy under different artificial ageing conditions
|
| title_short |
Theoretical study of a laser beam welded Al-Li AA2198 alloy under different artificial ageing conditions
|
| title_sort |
theoretical study of a laser beam welded al li aa2198 alloy under different artificial ageing conditions
|
| topic |
Al-Cu-Li alloy
Κράματα Al-Li-Cu
Συγκόλληση με ακτίνα λέιζερ
Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
laser beam welding
finite element method
Laser beams
Finite element method
Isogeometric analysis
Combinatorial geometry
Alloys
Metallic composites
Metals
Aluminum-lithium alloys
Lithium alloys
|
| url |
http://hdl.handle.net/11610/23816
|
| work_keys_str_mv |
AT germanouathēna theoreticalstudyofalaserbeamweldedalliaa2198alloyunderdifferentartificialageingconditions
AT germanouathēna theōrētikēmeletētousynkollēmenoumedesmēleizeralli2198kramatoskatōapodiaphoretikessynthēkestechnētēsgēransēs
|