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轴向振动的消耗极摩擦焊搅拌头动力稳定性分析

李敬  
【摘要】:轴向振动的消耗极搅拌摩擦焊接技术是一种在普通搅拌摩擦焊接的基础上,在搅拌头的轴向附加了一个周期性的高频小位移振动,并且结合消耗型焊接方法的新型焊接技术。该创新型焊接技术利用高频小位移振动来对焊接工件进行双向搅拌,以改善搅拌头对焊缝的顶锻挤压作用,并利用轴向高频振动带来的高频脉冲冲击力来改善搅拌头的顶锻力,同时在焊接处对焊接区域进行焊接材料的补充,很好地改善了焊接可靠性。轴向振动的消耗极搅拌头通过轴肩与焊接表面之间摩擦、旋转与被焊件产生的摩擦以及轴向高频小位移振动产生的摩擦产生焊接所需要的能量。同时,消耗极搅拌头的另一项重要的功能是为焊缝区塑性材料提供机械搅拌力,使材料流动更合理,以形成致密的焊缝组织。消耗极搅拌头作为轴向振动的旋转消耗极摩擦焊接创新技术的关键执行部件,消耗极搅拌头在焊接过程中的稳定性将直接决定焊接轨迹的精确度、焊接振动摩擦能量的控制、焊接质量的可靠性和焊接强度,最终影响焊接精度及可靠性。由于该焊接技术中搅拌头的轴向受到的是周期性的高频小位移振动,所以搅拌头的稳定性问题属于稳定性研究中的杆系结构动力稳定性问题本文研究了消耗极搅拌头的三维运动轨迹及力学特征;并基于杆系结构动力微分方程,推导了消耗极搅拌头的动力临界稳定载荷、临界长度及临界频率与参数之间的关系式,并研究了其关系曲线;同时对搅拌头的动力临界不稳定区域进行了研究;最后应用Ansys有限元仿真软件对消耗极搅拌头理论结果进行了验证。


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