FEM modelling of the three stages of friction stir spot welding

A three-dimensional modelling of the Friction Stir Spot Welding process was carried out by means of a two-dimensional continuum with symmetry of revolution around the tool axis. The model included the plunging, dwelling and withdrawal stages of two (Formula presented.) mm thick AA6061 alloy plates joining process. A highly viscous flow model was adopted, as well as the hypothesis of full stick contact between tool and material. The model was solved by means of the Finite Element Method (FEM) and Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) techniques in an axisymmetric domain with mesh tracking and algorithms to account for contact and free flow. Numerical results were compared to experimental data found in literature. The maximum temperature for the pin front face was found within less than (Formula presented.) % of the experimental value. The velocity field were found close to those reported in literature and the final shape of the weld flash was similar to its experimental counterpart.Fil: Carr, Gustavo Eduardo. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; ArgentinaFil: Biocca, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lombera, Guillermo Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Urquiza, Santiago Adrian. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentin

Computational modelling of the FSSW joining for the analysis of the welding process

En el presente trabajo se estudia el proceso de friction stir spot welding de planchuelas de aleación de aluminio AA6082 utilizando dos métodos de cálculo sucesivos. En una primera etapa se modela la inserción del perno en el material a soldar como un problema unidimensional axisimétrico no estacionario.De este caso se extrae el campo de temperaturas que es utilizado como campo de condiciones térmicas iniciales al momento de modelar el proceso de permanencia en el paso siguiente. Esta segunda etapa del proceso se realiza mediante un modelo bidimensional axisimétrico considerando al material constitutivamenteviscoplástico y, consecuentemente, resolviendo un problema de flujo de Stokes con viscosidades no lineales. Como resultados de este caso se obtienen los campos de velocidades, temperaturas y tensiones para todo el continuo. Las estimaciones realizadas se comparan con resultados experimentales de soldaduras de punto por fricción agitación.In this work, the friction stir spot welding process of AA6082 aluminium allow slabs is studied by means of two different methods of calculation. Firstly, the pin insertion is modelled as an axisymmetric one dimensional non stationary problem. The resulting temperatures field is used in the second phase of calculus as initial thermal conditions at the moment of modelling the following tool dwelling process. This second phase the welding process is modelled using an axysimmetric continuum, assuming a viscoplastic material, therefore solving a Stokes’ flow problem with non linear viscosity. The velocity, temperatures and stress fields are obtained for the whole domain. The obtained results are compared to experimental results in friction stir spot weldments.Fil: Carr, Gustavo Eduardo. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Santiago, Diego A.. Universidad Nacional de Mar del Plata; ArgentinaFil: Urquiza, Santiago Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata; ArgentinaFil: Lombera, Guillermo Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentin

Desarrollo de un proceso de soldadura de punto por fricción agitación para la industria naval argentina de pequeño porte

El presente trabajo se enmarca dentro del programa “Doctorar” destinado a la formación doctoral de docentes regulares de universidades nacionales. El trabajo presentado se refiere al desarrollo de un proceso innovador, que da respuesta a un problema tecnológico del sector naval argentino de bajo porte. Este problema consiste en la dificultad que presenta el proceso de fabricación actual, para el posicionamiento de las planchas de aluminio a soldar. Dicha actividad se realiza mediante un punteado de las planchas para fijar su posición. Esto obliga a trasladar las torchas a lo largo de todo el barco y a la utilización de personal altamente calificado para realizar esta tarea, lo que impacta fuertemente en el costo. La solución propuesta consiste en el desarrollo de un proceso basado en la utilización de la unión de soldadura denominada Soldadura de Punto por fricción Agitación, conocido también como Friction Spot Stir Welding (FSSW). El problema a resolver es desarrollar un proceso soldadura de punto por fricción-agitación que permita la soldadura de las aleaciones de aluminio utilizadas en espesores de 3, 5 y 10 mm de manera autónoma. El plan de trabajo propuesto es realizar ensayos con distintas variables operativas y distintas características de herramientas, en espesores de 3 mm. A partir de estos ensayos se determinarán las características del proceso a aplicar para poder soldar espesores de 5 mm y 10 mm. Se utilizará como apoyo métodos de simulación a fin de poder predecir los resultados. La calidad de la soldadura es determinada mediante la medición de los perfiles de dureza y el área efectiva de la unión.The present work is framed within the program Doctorate destined to the doctoral formation of regular teachers of national universities. The present work refers to the development of an innovative process, which responds to a technological problem of the Argentine naval sector of low size. This problem consists of the difficulty presented by the current manufacturing process for the positioning of the aluminum plates to be welded. This activity is done by sticking the plates to fix their position. This requires the transfer of the torches throughout the ship and the use of highly qualified personnel to carry out this task, which impacts heavily on the cost. The proposed solution consists of the development of a process based on the use of the weld joint called Friction Stitch Welding, also known as Friction Spot Stir Welding (FSSW). The problem to be solved is to develop a friction-stir welding process that allows the welding of aluminum alloys used in thicknesses of 3, 5 and 10 mm in an autonomous manner. The proposed work plan is to perform tests with different operating variables and different tool characteristics, in thicknesses of 3 mm. From these tests will determine the characteristics of the process to be applied in order to weld thicknesses of 5 mm and 10 mm. Simulation methods will be used in order to predict the results. The quality of the weld is determined by measuring the hardness profiles and the effective area of the joint

A regulation-based classification system for marine protected areas: A response to Dudley et al. [9]

Dudley et al. [9] commented on our paper [11], arguing that the current IUCN objective-based categorization of protected areas, which is also used in marine protected areas (MPAs), should not be abandoned and replaced by the new regulation-based classification system [11]. Here we clarify that we do not advocate replacing the current IUCN categories, but highlight the benefits of using both the objective-based IUCN categories and the new regulation-based classification when applied to MPAs. With an increasing number of MPA types being implemented, most of them multiple-use areas zoned for various purposes, assessing ecological and socio-economic benefits is key for advancing conservation targets and policy objectives. Although the IUCN categories can be used both in terrestrial and marine systems, they were not designed to follow a gradient of impacts and there is often a mismatch between stated objectives and implemented regulations. The new regulation-based classification system addresses these problems by linking impacts of activities in marine systems with MPA and zone classes in a simple and globally applicable way. Applying both the IUCN categories and the regulation based classes will increase transparency when assessing marine conservation goals.ERA-Net BiodivERsA project "BUFFER Partially protected areas as buffers to increase the linked social ecological resilience"; national funders ANR (France); FCT (Portugal); FOR-MAS (Sweden); SEPA (Sweden); RCN (Norway); project BUFFER; Fernand Braudel IFER fellowship (Fondation Maison des Sciences de l'Homme); Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia (FCT) [UID/MAR/04292/2013

Numerical modelling of fssw joining considering the tool plunging

En el presente trabajo se presenta un modelo termomecánico de las etapas de plunging y dwelling del proceso de soldadura de punto por fricción-agitación. Las simulaciones están orientadas a obtener detalles de las particularidades del flujo en el entorno de la herramienta en la medida que la misma se va insertando en el material a unir. El proceso es modelado como un flujo viscoplástico termomecánicamente acoplado. En el cálculo del desplazamiento de los nodos de la superficie de material en contacto con la herramienta, se empleó un algoritmo que tiende a minimizar la distorsión de los elementos subsuperficiales. Por otra parte, el desplazamiento de los nodos se computa usando modelos basados en ecuaciones de elasticidad. Se presentan resultados de modelado, contrastando los mismos con resultados numéricos y experimentales existentes. Se encontró en el resultado numérico un ajuste aceptable a lo reportado en literatura.A thermomechanical model of the plunging and dwelling phases of the FSSW joining process is introduced in the present work. The simulation is aimed to obtain details of the flow in the tool vicinity as it plunges into the welding material. The process is modelled as a thermo-mechanically coupled viscoplastic flow. Special attention was put to the calculus of displacement of the nodes in contact with the tool. An algorithm was developed to minimise the excessive mesh distortion. On the other hand, the displacement of the nodes in the bulk of the material was calculated by means of models based on elasticity equations. Results are provided and comparison was carried out against numerical and experimental data. Numerical results showed good agreement to data reported in literature.Fil: Carr, Gustavo Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Biocca, Nicolás. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Mecanica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; ArgentinaFil: Urquiza, Santiago Adrian. Universidad Nacional de Mar del Plata; ArgentinaFil: Lombera, Guillermo Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentin

Study of friction stir spot welding on AA6063 aluminium alloy used in the ship building industry

Friction stir spot welding (FSSW) is a novel process of metal joining. In the present work, the authorsanalysed the possibility of using this process to solve current problems in shipbuilding industry regardingsmall vessels by replacing the current arc welding techniques with the aforementioned process. Numericalsimulation was carried out by the multiple purpose solver framework for Finite Element Method with a novelmodelling approach. The problem was solved using a coupled mechanics system of equations in anaxisymmetric continuum where material velocities were calculated in three dimensions, coupled withpressure and thermal fields. The heat source was calculated as a consequence of internal friction dissipationonly. Two boundary conditions were analysed, adiabatic and with heat dissipation. Experimental weldingtests were performed using a milling machine. Comparison between numerical modelling results andexperimental FSSW testing results was done and analysed in detail.Keywords: FSSW, finite element method, axisymmetric, shipbuilding industry

Modelado numérico del proceso de soldadura de punto por fricción y sus aplicaciones a la industria naval

La soldadura de punto por fricción agitación o FSSW, es un método de unión del tipo traslape (lap joint) de materiales, cada vez más utilizado en la industria naval. Se utiliza para unir principalmente aleaciones de aluminio y aceros. Presenta ventajas frente a la soldadura de arco ya que permite soldar materiales disímiles, requiere menor energía y no produce radiación ni gases tóxicos. Actualmente, se encuentra insatisfecha para la industria la necesidad de soldar espesores de aleaciones de aluminio mayores a 3mm. En la literatura sobre el tema se halló una variedad de técnicas y de modelos constitutivos para representar el comportamiento de los materiales, así como también para el modelado de las condiciones de fricción, sin encontrarse aún lo más adecuado para su estudio. Se determinaron como las dos variables más importantes a la relación diámetro del hombro de la herramienta y las condiciones de contacto entre herramienta y material. En esta dirección, y buscando determinar las condiciones que permitan soldar grandes espesores con éxito, se realizaron cálculos mediante el método de Elementos Finitos a fin de determinar la incidencia en el proceso de soldadura del diámetro del hombro según diferentes expresiones matemáticas para representar las condiciones de contacto. Se discutió acerca de los resultados obtenidos en relación con los resultados numéricos y experimentales encontrados en la literatura, encontrando buena correlación con resultados publicados, tanto en rangos de temperaturas máximas como en tendencias de los resultados numéricos obtenidos.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 4Facultad de Ingenierí

Modelado numérico del proceso de soldadura de punto por fricción y sus aplicaciones a la industria naval

La soldadura de punto por fricción agitación o FSSW, es un método de unión del tipo traslape (lap joint) de materiales, cada vez más utilizado en la industria naval. Se utiliza para unir principalmente aleaciones de aluminio y aceros. Presenta ventajas frente a la soldadura de arco ya que permite soldar materiales disímiles, requiere menor energía y no produce radiación ni gases tóxicos. Actualmente, se encuentra insatisfecha para la industria la necesidad de soldar espesores de aleaciones de aluminio mayores a 3mm. En la literatura sobre el tema se halló una variedad de técnicas y de modelos constitutivos para representar el comportamiento de los materiales, así como también para el modelado de las condiciones de fricción, sin encontrarse aún lo más adecuado para su estudio. Se determinaron como las dos variables más importantes a la relación diámetro del hombro de la herramienta y las condiciones de contacto entre herramienta y material. En esta dirección, y buscando determinar las condiciones que permitan soldar grandes espesores con éxito, se realizaron cálculos mediante el método de Elementos Finitos a fin de determinar la incidencia en el proceso de soldadura del diámetro del hombro según diferentes expresiones matemáticas para representar las condiciones de contacto. Se discutió acerca de los resultados obtenidos en relación con los resultados numéricos y experimentales encontrados en la literatura, encontrando buena correlación con resultados publicados, tanto en rangos de temperaturas máximas como en tendencias de los resultados numéricos obtenidos.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 4Facultad de Ingenierí

Modelos de crecimiento y remodelado en aneurismas

Frecuentemente el desarrollo de los aneurismas se relaciona con adaptaciones de la pared arterial frente a alguna alteración del estado homeostático de la misma. Es sabido que cambios en la pared vascular producen estímulos mecánicos y bioquímicos que, a su vez, desencadenan procesos adaptativos en las propiedades, orientaciones y concentraciones de los materiales que constituyen la pared arterial con el objetivo de alcanzar un nuevo estado de equilibrio homeostático en la estructura. En particular, se utiliza el término de remodelado para los procesos que cambian propiedades materiales y orientaciones de fibras, mientras que los procesos que cambian las concentraciones de los constituyentes son denominados procesos de crecimiento, en los cuales, evidentemente, hay variación de masa en el sistema. Dichos fenómenos son claves para el entendimiento de la génesis, desarrollo y posterior evolución de los aneurismas. En este trabajo se estudia el comportamiento de un modelo de crecimiento y remodelado ampliamente difundido en la literatura cuando un segmento arterial ideal es dañado en la componente de elastina de forma predeterminada. En este trabajo se propone realizar la implementación del modelo a través de formulaciones de sólidos hiperelásticos en grandes deformaciones. Las ecuaciones resultantes se aproximan por el método de elementos finitos. En este contexto, se estudia la influencia de los parámetros intervinientes, tales como la tasa de crecimiento, nivel de reclutamiento y vida media del colágeno, comparando resultados con los disponibles en la literatura.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 9.Facultad de Ingenierí

ACÚMULO E PARTIÇÃO DE BIOMASSA E MACRONUTRIENTES DE CULTIVARES DE FEIJÃO-VAGEM EM CULTIVO PROTEGIDO FERTIRRIGADO

For a better management of fertigation in protected cultivation of vegetables such as snap beans, it is important to know the nutritional requirements of the plants. Thus, we aimed to characterize the biomass and nutrients accumulation of bush snap beans genotypes. For that, an experiment was carried out in greenhouse, where the genotypes UEL-1 and Alessa were grown in plastic pots with coarse sand as substrate and fertigation by micro sprinklers. Each ten days, plants were sampled and measured the dry matter and the concentrations of elements such as nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg) and sulfur (S), adjusting their accumulation over time by the gaussian model. The fresh pods yield (kg m-2) was also evaluated. The accumulation of biomass and macronutrients are intensified from 20 days after emergence (DAE), reaching maximum values near 50 DAE. The genotype Alessa presented a higher overall accumulation, while UEL-1 was more productive regarding fresh pods, characterizing such genotype as more efficient for using the macronutrients. For both genotypes, N had the highest accumulation, followed by K, Ca, P, S and Mg.Para um melhor manejo da fertirrigação em cultivos protegidos de olerícolas, como o feijão-vagem, faz-se necessário conhecer a demanda nutricional dessas plantas. Portanto, objetivou-se caracterizar o acúmulo de biomassa e nutrientes por genótipos de feijão-vagem em cultivo protegido fertirrigado. Para tanto, foi conduzido experimento inteiramente casualizado em casa-de-vegetação, com os genótipos UEL-1 e Alessa, cultivados em vasos plásticos com substrato areia grossa e fertirrigação por micro-aspersão. A cada dez dias, as plantas foram coletadas e mensuradas a massa de matéria seca e a concentração nos tecidos de nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg) e enxofre (S), ajustando-se o acúmulo destes ao longo do tempo por meio do modelo gaussiano. A produtividade de vagens frescas (kg m-2) também foi medida. O acúmulo de biomassa e nutrientes foi intensificado a partir dos 20 dias após a emergência (DAE), atingindo valores máximos próximo aos 50 DAE. O genótipo Alessa teve maior acúmulo de biomassa e macronutrientes, enquanto UEL-1 foi mais produtivo em vagens frescas, caracterizando maior eficiência no uso dos nutrientes. Para ambos genótipos, o N teve o maior acúmulo, seguido por K, Ca, P, S e Mg