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异种金属搅拌摩擦焊接过程有限元分析

穆耀钊  
【摘要】:搅拌摩擦焊(FSW)温度场、应力应变场的研究,对于分析焊接传热、热循环过程;焊核区高温粘塑性金属的形成、流动、扩展、分布;焊接接头力学冶金过程和焊接应力应变弹塑性动态过程;以及焊接结构的可靠性和安全性等都具有重要意义。目前,国内外对于FSW的研究主要集中在焊接工艺、焊接材料、接头组织及力学性能、搅拌摩擦机理、新型搅拌头开发、焊接设备开发以及工业化等方面。对于FSW过程中的温度分布及应力应变变化规律进行研究的有关文献则较少。 本文在FSW产热过程理论分析的基础上,根据搅拌头外形尺寸,建立了FSW三维传热有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS,结合几个测温点温度变化的实验数据,通过间接热力耦合分析法对紫铜板与黄铜板FSW过程进行了模拟。分析结果表明:3mm厚T2与H62的FSW其焊接热源为线热源,在模拟计算时可进一步将模型简化为二维平面模型;焊接的中间时段,搅拌头周围温度分布基本上达到稳定状态;等效应力与等效应变的变化与温度的变化趋势相同,厚度方向不同位置的应力应变变化接近一致。


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