摩擦撹拌接合（FSW:FrictionStirWelding）の解析

摩擦撹拌接合 (FSW:Friction Stir Welding) の解析事例です。ツールとワーク間の接触、摩擦による発熱、塑性変形など、FSW に関する特性を考慮しています。伝熱および力学的挙動が相互に依存して連成することから、非線形直接連成場解析を実行しています。

ワークが2つあり、その中央にツールを押しつけた状態で回転させます。摩擦により発熱し、ワークに熱が伝わります。（図1、図2）ワーク間は溶融温度に達すると固着するように設定してあり、溶接現象 を表現しています。（図3）

Ansysの連成解析では、様々な接触機能を利用できます。

1.摩擦発熱

式1-1,1-2により、摩擦発熱が評価されます。
この例ではワーク側に熱を多く配分するように設定しています。

式1-1.コンタクト側（ワーク側）の摩擦による熱散逸量
式1-2.ターゲット側（ツール側）の摩擦による熱散逸量

τ：相当摩擦応力
V：すべり速度
FHTG：摩擦散逸エネルギーが熱に変換される割合
FWGT：熱配分の重み係数

2.摩擦係数

この例では摩擦係数は一定としていますが、速度や温度に依存して変化
させることもできます。

3.臨界固着温度

閉じた接触において接触面の温度が設定した溶融温度を超えると、接触を「固着状態」に変わるように指定できます。温度が臨界値以下に下がっても、 接触の状態は、残りの解析についても固着のままとなります。

解析モデル

図.解析モデル

解析結果

図1.温度結果
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図2.温度結果（ワークのみ表示）
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図3.ワーク間の接触状態（赤色＝固着）
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