English
Język Polski
Ocena jakości procesu zgrzewania punktowego za pomocą analizy modalnej
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.153336Abstrakt
Punktowe zgrzewanie oporowe jest jedną z głównych metod stosowanych do łączenia cienkościennych elementów metalowych, przy czym szereg czynników wpływa niekorzystnie na proces, a tym samym na jakość wykonanych połączeń. W artykule przedstawiono wyniki badań możliwości zastosowania analizy modalnej w analizy jakości zgrzewanych elementów w aspekcie wykrywania brakującej zgrzeiny. Celem było określenie wpływu tego typu niedoskonałości procesu zgrzewania na postać i częstotliwości drgań własnych poprzez badanie w dziedzinie częstotliwości właściwości dynamicznych elementów zgrzewanych. Badania obejmowały testy rzeczywiste i analizy numeryczne. Zaproponowana metoda badania konstrukcji zgrzewanych jest nowością naukową na świecie, a wyniki badań wskazały, że analiza modalna może znaleźć zastosowanie w wykrywaniu wad zgrzewalniczych takich jak brak zgrzein. Skuteczna weryfikacja wykonania danej zgrzeiny w zgrzewanym elemencie zależy od wielu czynników, w tym m.in. materiału i kształtu konstrukcji, lokalizacji zgrzein, miejsca wzbudzenia i pomiaru podczas jej badania. W związku z tym każda badana geometria będzie wymagać opracowania indywidualnych założeń wymuszeń i pomiaru, natomiast ogólne założenia stosowania analizy modalnej pozostają niezmienne. W celu oceny wyników modeli numerycznych, porównano wyniki uzyskane w symulacji i wyniki badań eksperymentalnych. Analiza wykazała, iż postaci drgań własnych w odniesieniu do pierwszych pięciu częstotliwości zidentyfikowanych za pomocą analiz MES i testów eksperymentalnych były zgodne pod względem odkształceń elementów. Różnice wskazują na zadowalającą zgodność wyników symulacji numerycznej z wynikami testów eksperymentalnych, a tym samym zasadne jest stosowanie MES w opracowaniu założeń do opracowania stanowiska pomiarowego konstrukcji zgrzewanych. Artykuł zasadniczo demonstruje możliwość zastosowania wyżej wymienionej metody do analizy jakości wszystkich spoin jednocześnie.Bibliografia
[1] M. Beckert, “Vor 125 Jahren wurde das Widerstandsschweißen erfunden”, Schweissen und Schneiden, vol. 54, no. 4, pp. 202-204, 2002.
[2] M.M. Schwartz, Metals joining manual. New York: McGraw-Hill, 1979.
[3] L. Peroni, M. Avalle, and G. Belingardi, “Comparison of the energy absorption capability of crash boxes assembled by spot-weld and continuous joining techniques”, International Journal of Impact Engineering, vol. 36, no. 3, pp. 498-511, 2009, doi: 10.1016/j.ijimpeng.2008.06.004.
[4] Z. Mikno, M. Stepien, and B. Grzesik, “Optimization of resistance welding by using electric servo actuator”, Welding in the World, vol. 61, no. 3, pp. 453-462, 2017, doi: 10.1007/s40194-017-0437-x.
[5] S. Akulwar, A. Akela, D. Satish Kumar, and M. Ranjan, “Resistance Spot Welding Behavior of Automotive Steels”, Transactions of the Indian Institute of Metals, vol. 74, no. 3, pp. 601-609, 2021, doi: 10.1007/s12666-020-02155-9.
[6] S. Brauser, L.A. Pepke, G. Weber, and M. Rethmeier, “Deformation behaviour of spot-welded high strength steels for automotive applications”, Materials Science and Engineering: A, vol. 527, no. 26, pp. 7099-7108, 2010, doi: 10.1016/j.msea.2010.07.091.
[7] A. Tavasolizadeh, S.P.H. Marashi, and M. Pouranvari, “Mechanical performance of three thickness resistance spot welded low carbon steel”, Materials Science and Technology, vol. 27, no. 1, pp. 219-224, 2011, doi: 10.1179/174328409X441265.
[8] J. Wippermann, et al., “Thermal influence of resistance spot welding on a nearby overmolded thermoplastic-metal joint”, Welding in the World, vol. 67, no. 3, pp. 793-804, 2023, doi: 10.1007/s40194-023-01465-y.
[9] W. Dai, et al., “Online quality inspection of resistance spot welding for automotive production lines”, Journal of Manufacturing Systems, vol. 63, pp. 354-369, 2022, doi: 10.1016/j.jmsy.2022.04.008.
[10] K. Zhou and P. Yao, “Overview of recent advances of process analysis and quality control in resistance spot welding”, Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 124, pp. 170-198, 2019, doi: 10.1016/j.ymssp.2019.01.041.
[11] A. Ambroziak, R.Gr. Maev, M. Korzeniowski, P. Kustroń, and A.M. Chertov, “Real-time ultrasonic control of spot-welded steel joints”, Welding International, vol. 25, no. 6, pp. 419-423, 2011, doi: 10.1080/09507111003655234.
[12] Y. Ma, P. Wu, C. Xuan, Y. Zhang, and H. Su, “Review on Techniques for On-Line Monitoring of Resistance Spot Welding Process”, Advances in Materials Science and Engineering, vol. 2013, art. no. 630984, 2013, doi: 10.1155/2013/630984.
[13] D. Zhao, Y. Wang, Z. Lin, and S. Sheng, “An effective quality assessment method for small scale resistance spot welding based on process parameters”, NDT & E International, vol. 55, pp. 36-41, 2013, doi: 10.1016/j.ndteint.2013.01.008.
[14] Y.-J. Xia, Z.-W. Su, Y.-B. Li, L. Zhou, and Y. Shen, “Online quantitative evaluation of expulsion in resistance spot welding”, Journal of Manufacturing Processes, vol. 46, pp. 34-43, 2019, doi: 10.1016/j.jmapro.2019.08.004.
[15] A. Pilarczyk, “Uchwyt elektrody stacjonarnej zgrzewarki punktowej z pomiarem siły docisku elektrod”, PL patent no. P.342306, 2007.
[16] A. Ambroziak, R.G. Maev, M. Korzeniowski, and P. Kustroń, “Ultrasonic quality control methods for spot-welded joints”, Welding International, vol. 25, no. 12, pp. 927-932, 2011, doi: 10.1080/09507116.2010.540846.
[17] Ó. Martín, M. Pereda, J.I. Santos, and J.M. Galán, “Assessment of resistance spot welding quality based on ultrasonic testing and tree-based techniques”, Journal of Materials Processing Technology, vol. 214, no. 11, pp. 2478-2487, 2014, doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.05.021.
[18] M. Ferraioli, “A modal pushdown procedure for progressive collapse analysis of steel frame structures”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 156, pp. 227-241, 2019, doi: 10.1016/j.jcsr.2019.02.003.
[19] W. Kowalski, M. Richter, and K. Tokarczyk, “Effect of icing as a non-structural mass on the variation of natural frequency of a lightweight lattice structure”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 4, pp. 37-53, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.147646.
[20] D. Bysiec and T. Maleska, “Numerical Analysis of Steel Geodesic Dome under Seismic Excitations”, Materials, vol. 14, no. 16, art. no. 4493, 2021, doi: 10.3390/ma14164493.
[21] M. Sokol, M. Venglár, K. Lamperová, and M. Márföldi, “Performance Assessment of a Renovated Precast Concrete Bridge Using Static and Dynamic Tests”, Applied Sciences, vol. 10, no. 17, art. no. 5904, 2020, doi: 10.3390/app10175904.
[22] B. Chung, J. Kim, D. Jang, S. Kim, and Y. Choi, “Experimental investigation of a method for diagnosing wall thinning in an artificially thinned carbon steel elbow based on changes in modal characteristics”, Nuclear Engineering and Technology, vol. 55, no. 3, pp. 947-957, 2023, doi: 10.1016/j.net.2022.11.001.
[23] F. N. Kudu, Ş. Uçak, G. Osmancikli, T. Türker, and A. Bayraktar, “Estimation of damping ratios of steel structures by Operational Modal Analysis method”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 112, pp. 61-68, 2015, doi: 10.1016/j.jcsr.2015.04.019.
[24] U. Radoń, P. Zabojszcza, and M. Sokol, “The Influence of Dome Geometry on the Results of Modal and Buckling Analysis”, Applied Sciences, vol. 13, no. 4, art. no. 2729, 2023, doi: 10.3390/app13042729.
[25] D. Feng and M. Q. Feng, “Computer vision for SHM of civil infrastructure: From dynamic response measurement to damage detection – A review”, Engineering Structures, vol. 156, pp. 105-117, 2018, doi: 10.1016/j.engstruct.2017.11.018.
[26] H. Wang, A. Li, T. Guo, and T. Tao, “Establishment and Application of the Wind and Structural Health Monitoring System for the Runyang Yangtze River Bridge”, Shock and Vibration, vol. 2014, art. no. 421038, 2014, doi: 10.1155/2014/421038.
[27] Z. Xing and A. Mita, “A substructure approach to local damage detection of shear structure”, Structural Control and Health Monitoring, vol. 19, no. 2, pp. 309-318, 2012, doi: 10.1002/stc.439.
[28] J.J. Lee, Y. Fukuda, M. Shinozuka, S. Cho, and C.-B. Yun, “Development and application of a vision-based displacement measurement system for structural health monitoring of civil structures”, Smart Structures and Systems, vol. 3, no. 3, pp. 373-384, 2007, doi: 10.12989/sss.2007.3.3.373.
[29] J.G. Zhao, G.R. Liu, S.H. Huo, and Z.R. Li, “Modes and modal analysis of three-dimensional (3D) structures based on the smoothed finite element methods (S-FEMs) using automatically generatable tetrahedral meshes”, Engineering Analysis with Boundary Elements, vol. 140, pp. 262-281, 2022, doi: 10.1016/j.enganabound.2022.04.013.
[30] G. Zhang, R. Zha, and D. Wan, “MPS-FEM coupled method for 3D dam-break flows with elastic gate structures”, European Journal of Mechanics – B/Fluids, vol. 94, pp. 171-189, 2022, doi: 10.1016/j.euromechflu.2022.02.014.
[31] A. Shukla and S. P. Harsha, “An Experimental and FEM Modal Analysis of Cracked and Normal Steam Turbine Blade”, Materials Today: Proceedings, vol. 2, no. 4-5, pp. 2056-2063, 2015, doi: 10.1016/j.matpr.2015.07.191.
[32] M. Zhang, D. Valentin, C. Valero, A. Presas, M. Egusquiza, and E. Egusquiza, “Experimental and numerical investigation on the influence of a large crack on the modal behaviour of a Kaplan turbine blade”, Engineering Failure Analysis, vol. 109, art. no. 104389, 2020, doi: 10.1016/j.engfailanal.2020.104389.
[33] A. Khatir, et al., “A new hybrid PSO-YUKI for double cracks identification in CFRP cantilever beam”, Composite Structures, vol. 311, art. no. 116803, 2023, doi: 10.1016/j.compstruct.2023.116803.
[34] M.R. Nashta, R. Taghipour, M. Bozorgnasab, and H. Mirgolbabaei, “A novel method for identification of damage location in frame structures using a modal parameters-based indicator”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 3, pp. 633-643, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.141907.
[35] W. Xu and D.-P. Song, “Integrated optimisation for production capacity, raw material ordering and production planning under time and quantity uncertainties based on two case studies”, Operational Research, vol. 22, no. 3, pp. 2343-2371, 2022, doi: 10.1007/s12351-020-00609-y.
[36] P. Schworm, X. Wu, M. Klar, J. Gayer, M. Glatt, and J.C. Aurich, “Resilience optimization in manufacturing systems using Quantum Annealing”, Manufacturing Letters, vol. 36, pp. 13-17, 2023, doi: 10.1016/j.mfglet.2022.12.007.
[37] L. Xiang, S. Yang, and C. Gan, “Torsional vibration measurements on rotating shaft system using laser doppler vibrometer”, Optics and Lasers in Engineering, vol. 50, no. 11, pp. 1596-1601, 2012, doi: 10.1016/j.optlaseng.2012.05.018.
[38] Z. Mikno, A. Pilarczyk, M. Korzeniowski, P. Kustroń, and A. Ambroziak, “Analysis of resistance welding processes and expulsion of liquid metal from the weld nugget”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 18, no. 2, pp. 522-531, 2018, doi: 10.1016/j.acme.2017.08.003.
[39] Z. Mikno, B. Grzesik, and M. Stępień, “The investigation on the ideal spot weld numerical model in resistance welding”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 111, no. 3, pp. 895-907, 2020, doi: 10.1007/s00170-020-06114-y.
[40] C. Lein and M. Beitelschmidt, “Comparative study of model correlation methods with application to model order reduction”, in The Proceedings 26th International Conference on Noise and Vibration Engineering. Leuven, Belgium: Katholieke Universiteit Leuven, 2014, pp. 2683-2700.
[41] R.J. Allemang, “The Modal Assurance Criterion – Twenty Years of Use and Abuse”, Sound and Vibration, vol. 37, no. 8, 2003.
[42] M. Pastor, M. Binda, and T. Harčarik, “Modal Assurance Criterion”, Procedia Engineering, vol. 48, pp. 543-548, 2012, doi: 10.1016/j.proeng.2012.09.551.
[43] H.P. Fuentes and M. Zehn, “Application of the Craig-Bampton model order reduction method to a composite structure: MACco, COMAC, COMAC-S and eCOMAC”, Open Engineering, vol. 6, no. 1, pp. 185-198, 2016, doi: 10.1515/eng-2016-0024.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
