隨著我國航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展,該領(lǐng)域中的制造技術(shù)發(fā)展迅速,在無人機、衛(wèi)星、火箭制造過程中,為了節(jié)能和降低成本,結(jié)構(gòu)輕量化已成為設(shè)計制造的一個重要方向,對板材的厚度及連接技術(shù)產(chǎn)生了新的需求。對于薄板材料及特定的加工件,要求窄的連接縫,因此傳統(tǒng)的熔化連接方法和鉚接方法已經(jīng)無法滿足這些工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件制造要求,需要在傳統(tǒng)攪拌摩擦連接的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。本文通過實驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,開展航空鋁合金微細(xì)攪拌摩擦連接技術(shù)（Meso Friction Stir Joining,簡稱MFSJ）基礎(chǔ)研究,來解決1mm及以下鋁合金板材攪拌摩擦連接問題,本文完成的主要工作及取得的主要成果如下:（1）MFSJ過程中的仿真研究建立了MFSJ熱源模型,通過攪拌頭軸肩半徑推算出連接區(qū)寬度與熱量輸入之間的關(guān)系式,并進(jìn)行了實驗驗證;通過分析轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度對峰值溫度的影響,發(fā)現(xiàn)常溫下熱輸入不足,峰值溫度達(dá)不到要求,加熱后可增加熱量輸入,保證連接質(zhì)量;利用ANSYS有限元軟件對1mm厚6061鋁合金板的溫度場、流場和應(yīng)力場進(jìn)行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)加熱后薄板MFSJ溫度場拖尾現(xiàn)象更明顯;流體流動呈現(xiàn)上下不同的流動方式,加... 

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
注釋表
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 FSJ研究現(xiàn)狀
        1.2.1 材料及連接工藝研究
        1.2.2 FSJ缺陷的研究
        1.2.3 FSJ接頭區(qū)域材料流動性的研究
        1.2.4 攪拌頭作用力研究
        1.2.5 數(shù)值模擬研究
    1.3 MFSJ研究現(xiàn)狀與存在問題
        1.3.1 MFSJ研究現(xiàn)狀
        1.3.2 MFSJ存在問題
    1.4 研究目的、意義和內(nèi)容
        1.4.1 研究目的和意義
        1.4.2 研究內(nèi)容
第二章 微細(xì)攪拌摩擦連接過程仿真分析
    2.1 引言
    2.2 MFSJ熱源模型建立
        2.2.1 產(chǎn)熱過程
        2.2.2 軸肩產(chǎn)熱
        2.2.3 攪拌針產(chǎn)熱
        2.2.4 塑性變形產(chǎn)熱
    2.3 MFSJ有限元模型建立
        2.3.1 有限元模型的建立
        2.3.2 摩擦系數(shù)的確定
        2.3.3 控制方程及邊界條件的設(shè)定
    2.4 MFSJ過程熱分析
        2.4.1 極限軸肩直徑分析
        2.4.2 峰值溫度分析
    2.5 MFSJ過程數(shù)值模擬結(jié)果
        2.5.1 溫度場分析
        2.5.2 熱力耦合的變形分析
        2.5.3 熱流耦合的流場分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 微細(xì)攪拌摩擦連接專用設(shè)備的研制
    3.1 引言
    3.2 設(shè)備的需求分析
        3.2.1 功能需求分析
        3.2.2 主要技術(shù)指標(biāo)
    3.3 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.2 輔助加熱設(shè)備
        3.3.3 攪拌頭的設(shè)計
    3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計
    3.5 性能測試分析
        3.5.1 設(shè)備振動測試及分析
        3.5.2 設(shè)備精度評定
    3.6 本章小結(jié)
第四章 微細(xì)攪拌摩擦連接工藝研究
    4.1 引言
    4.2 實驗材料及實驗方法
        4.2.1 實驗材料
        4.2.2 實驗方法
    4.3 表面弧紋分析
        4.3.1 軸肩運動軌跡分析
        4.3.2 Matlab仿真
    4.4 不同參數(shù)的MFSJ實驗
        4.4.1 不同材料的實驗結(jié)果
        4.4.2 軸肩直徑的影響
        4.4.3 不同加熱溫度下的表面形貌
        4.4.4 輔助加熱時不同厚度板材的表面形貌
    4.5 工藝參數(shù)優(yōu)化
        4.5.1 正交試驗設(shè)計
        4.5.2 各因素對實驗結(jié)果的影響
        4.5.3 方差分析(ANOVA)和綜合優(yōu)化參數(shù)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 微細(xì)攪拌摩擦連接過程作用力測試分析
    5.1 引言
    5.2 實驗設(shè)計
    5.3 作用力模型建立
        5.3.1 模型簡化
        5.3.2 作用力擬合
        5.3.3 實驗結(jié)果驗證
    5.4 作用力規(guī)律分析
        5.4.1 作用力周期性規(guī)律
        5.4.2 工藝參數(shù)對接頭性能的影響
        5.4.3 加熱對作用力的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 微細(xì)攪拌摩擦連接區(qū)性能評價
    6.1 引言
    6.2 評價指標(biāo)
        6.2.1 金相組織
        6.2.2 顯微硬度測試
        6.2.3 原位對稱拉伸實驗
        6.2.4 彎曲性能測試
        6.2.5 摩擦磨損實驗
        6.2.6 電化學(xué)腐蝕實驗
    6.3 不同工況下接頭性能測試結(jié)果
        6.3.1 接頭微觀組織
        6.3.2 硬度
        6.3.3 原位對稱拉伸性能
        6.3.4 彎曲性能
        6.3.5 摩擦磨損
        6.3.6 電化學(xué)腐蝕
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 全文總結(jié)
        7.1.1 本文完成的工作
        7.1.2 本文主要創(chuàng)新點
    7.2 后續(xù)研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3717272