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搅拌摩擦焊接数值模拟及搅拌头受力分析

万震宇  
【摘要】:搅拌摩擦焊接是一种固相连接技术,这种连接技术高效节能、环保并且用途多功能。特别是,它可以用来焊接传统熔焊难以焊合的高强度航空材料铝合金和其他金属合金。因此,搅拌摩擦焊接被认为是近十年来金属连接发展最为显著的技术。 搅拌摩擦焊接过程中,搅拌轴肩与构件之间的摩擦生热是焊接的主要热源,搅拌针与材料内部强烈的扭矩作用是生成良好焊缝的因素之一,因此焊接过程中搅拌头是关键。模拟不同焊接参数作用下的搅拌摩擦焊接过程,分析搅拌头受反力的影响对搅拌摩擦焊接技术的发展具有重要意义。 本文采用自适应网格方法建立了搅拌摩擦焊接过程的完全热力耦合热刚粘塑性有限元模型,模拟了搅拌摩擦焊过程中工件的温度场、变形场等。通过在不同焊接参数下和不同形状搅拌头的作用下分析对比搅拌头受力。各章节安排如下: 第一章简要介绍搅拌摩擦焊接的基本原理和近年来的研究发展,包括了对焊接接头的微观组织、搅拌摩擦焊接参数与搅拌头的作用以及搅拌摩擦的数值模拟的研究;最后介绍了本文工作。 第二章主要介绍了利用有限元求解的热力耦合问题的相关理论,理论包括材料本构方程、刚粘塑性材料模型有限元法、热传导模型求解以及接触模型。 第三章采用自适应网格技术,研究了两种接触类型在不同焊接参数作用下焊接构件温度场、变形场分布以及搅拌头受力。 第四章主要研究在三种不同形状搅拌头作用下对焊接构件温度场、变形场以及搅拌头受力的影响。 结论总结全文,并展望下一步研究内容和相关工作。 本工作得到了国家自然科学基金(11172057)和973项目(2011CB013401)的支持。


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