【摘 要】
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搅拌摩擦焊自上世纪90年代初发明以来,对多种不同材料的搅拌摩擦焊试验研究已取得了巨大的进展,但是对搅拌摩擦焊工艺过程的计算机模拟直到最近几年才逐渐兴起。由于搅拌摩擦
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搅拌摩擦焊自上世纪90年代初发明以来,对多种不同材料的搅拌摩擦焊试验研究已取得了巨大的进展,但是对搅拌摩擦焊工艺过程的计算机模拟直到最近几年才逐渐兴起。由于搅拌摩擦焊是一个温度变化、组织结构转变、应力应变和金属流动四个因素相互作用的复杂过程,只有应用数值模拟技术才能有效分析其连接机理。基于ANSYS有限元分析平台,对搅拌摩擦焊过程的温度场和残余应力的分布进行了动态模拟,分析了焊接过程中不同时刻的温度场分布、残余应力应力场中不同方向的残余应力的变化以及焊件最终变形情况。计算结果与实测结果对比,二者基本吻合。1.首先要建立三维热模型进行温度场分析,以得到焊接过程的温度历程。在温度场的模拟过程中,只考虑了搅拌头肩部和搅拌针与工件之间的摩擦生热,建立了移动热源。为了保证计算的准确性同时又减少计算量,实体模型在划分网格时采用了非均匀网格方式。在计算过程中采用了随温度变化的热物理性能,选择了合理的焊接工艺参数和边界条件。2.将热模型转化为结构模型,把得到的温度场结果作为热载荷施加到结构模型上进行残余应力分析。在分析过程中采用了材料随温度变化的热力学性能,施加了合理的边界条件,考虑了搅拌头对工件产生的随热源移动的约束条件,使模拟过程更符合实际情况。整个过程采用ANSYS有限元软件来完成。结果表明,在焊缝及其热影响区,纵向残余应力为主要残余应力,低于材料室温的屈服强度,最大值在焊缝中心,而横向应力相对较低,Z向应力水平很低,在零点附近上下波动,可以忽略。综上所述,本文所采用的数值模拟方法对FSW接头残余应力的模拟是可行的,但还需要进一步完善。
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