Modelado numérico del proceso de soldadura FSW incorporando una técnica de estimación de parámetros

Abstract

Los modelos numéricos de transferencia de calor y de flujo de fluido empleados en la simulación del proceso de soldadura por fricción-agitación (FSW) han contribuido a la comprensión del proceso. Sin embargo, existen ciertos parámetros de entrada a los modelos que no pueden determinarse fácilmente a partir de principios fundamentales o de las condiciones de soldadura. Como resultado, las predicciones de estos modelos no siempre están de acuerdo con los resultados experimentales. En este trabajo se usa el método de Levenberg-Marquardt (LM) para estimar de manera no lineal los parámetros desconocidos presentes en los modelos de transferencia de calor y de flujo de fluido, ajustando las temperaturas obtenidas con los modelos a mediciones experimentales de temperatura. Estos modelos se implementan en un programa de propósito general que emplea una formulación numérica desarrollada a partir del método de los elementos finitos (MEF). Los parámetros que se desconocen son: el coeficiente de fricción y la cantidad de adherencia del material a la superficie de la herramienta, el coeficiente de transferencia de calor en la superficie inferior y la cantidad de disipación viscosa convertida en calor. Los resultados obtenidos revelan una mejora de las predicciones de los modelos numéricos a partir de la incorporación de técnicas de estimación de parámetros.

Numerical models of heat transfer and fluid flow used in the simulation of the friction-stir welding (FSW) process have contributed to the understanding of the process. However, there are some input model parameters that cannot be easily determined from fundamental principles or the welding conditions. As a result, the model predictions are not always in agreement with experimental results. In this work, the Levenberg-Marquardt (LM) method is used in order to perform a non-linear estimation of the unknown parameters present in the heat transfer and fluid flow models, by adjusting the temperatures results obtained with the models to temperature experimental measurements. These models are implemented in a general-purpose software that uses a numerical formulation developed from the finite element method (FEM). The unknown parameters are: the friction coefficient and the amount of adhesion of material to the surface of the tool, the heat transfer coefficient on the bottom surface and the amount of viscous dissipation converted into heat. The obtained results show an improvement in the numerical model predictions from the incorporation of parameter estimation techniques.