【摘 要】
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摩擦叠焊是一种新型的固体焊接技术,1997年由英国焊接研究所(TWI)所发明,其优良的焊接接头成型质量、受环境的影响小以及其他焊接技术所不能比拟的焊接深度让其一开始就展现
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摩擦叠焊是一种新型的固体焊接技术,1997年由英国焊接研究所(TWI)所发明,其优良的焊接接头成型质量、受环境的影响小以及其他焊接技术所不能比拟的焊接深度让其一开始就展现出了在海底领域巨大的发展潜能,发展至今,该技术已经被欧洲的一些国家应用到了诸多工业领域,而在我国该技术的发展还处于初级阶段,近年来,海上油气田尤其是深海油气田的发现和勘探使得该技术受到了国家相关部门的重视。摩擦叠焊的基本组成单元是摩擦液柱成型(FHPP),因此,对FHPP成型过程中的热现象、金属晶体的变化以及应力等现象的研究对于研究摩擦叠焊的成型机制和相关特性有极为重要的意义。
本文欲通过建立FHPP成型过程的二维轴对称模型和三维接触模型,用热力耦合的方法对FHPP成型过程中的温度场及应力应变场进行数值模拟,然后分析其温度场和应力应变场的分布特征以及随时间的变化情况,得出其分布规律及变化规律,最后用模拟得到规律和优化参数对FHPP成型过程中的温度场和应力应变场进行相关的实验验证,用实验结果再对模拟方程进行修正。
本文最大的创新之处在于,基于焊接材料焊接过程中的产热机理首次利用复合热源模拟了FHPP成型过程,并且该复合热源各部分的比例因子是压力、时间的函数,并且在用三维模型模拟的时候加入了热源的旋转效应,更能如实的反映该过程中的热循环情况;另外在三维模拟的时候考虑了焊棒的旋转剪切效应和接触面的环向摩擦力效应,与真实环境下的焊棒情况更加接近,并且首次对二维和三维模型的模拟结果进行了对比。
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