攪拌摩擦焊是于1991年由英國焊接研究所發(fā)明的一種新型的固態(tài)連接方法。近些年來國內(nèi)外對(duì)攪拌摩擦焊焊接過程做了大量研究,對(duì)于攪拌摩擦焊的有限元模擬,通常采用加載簡(jiǎn)化熱源的準(zhǔn)靜態(tài)法和在只對(duì)穩(wěn)定焊接階段模擬的動(dòng)力學(xué)法。而對(duì)于整個(gè)焊接過程模擬的動(dòng)力學(xué)法目前還鮮有研究報(bào)道。因此本文基于熱彈塑性法、JC本構(gòu)方程和罰接觸算法,提出一種新的動(dòng)力學(xué)熱-力耦合有限元模型對(duì)完整焊接過程進(jìn)行有限元模擬分析。將分析結(jié)果與傳統(tǒng)加載簡(jiǎn)化熱源的分析結(jié)果以及殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。然后采用傳統(tǒng)方法分析焊接參數(shù)（焊接速度、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、下壓力和軸肩半徑）對(duì)焊接過程中的溫度場(chǎng)和焊后殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律。最后建立焊接參數(shù)的優(yōu)化模型,采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明:（1）本文提出新的動(dòng)力學(xué)熱-力耦合有限元分析模型的結(jié)果較傳統(tǒng)方法更貼近實(shí)驗(yàn)結(jié)果,證明本文建立有限元模型正確合理;（2）下壓預(yù)熱階段溫度場(chǎng)高溫區(qū)集中在焊縫區(qū)域,溫度峰值達(dá)到400℃左右,位于靠近AS區(qū)焊趾一側(cè),加工階段攪拌頭前側(cè)溫度梯度大分布范圍小,而后側(cè)溫度梯度小分布范圍大;（3）焊后縱向殘余應(yīng)力場(chǎng)在路徑EF上的分布曲線呈明顯雙峰趨勢(shì),應(yīng)力峰... 

【文章來源】：大連交通大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１攪拌摩擦焊示意圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｓｔｉｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ??攪拌摩擦焊的工藝參數(shù)包括轉(zhuǎn)速、焊速、傾角和軸向壓力

?大連交通大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文???焊接要求將兩塊板在墊板上夾緊，攪拌頭從上板插進(jìn)下板（同種金屬搭接焊），并按即??定方向焊接。當(dāng)然除了對(duì)接和搭接外，其他類型的焊接接頭也不斷的被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)??中，如角接、Ｔ型接頭等等Ｉ２，４］，如圖１．２所示。??么／著欲Ｌ＂??⑷對(duì)接?（ｂ）搭接?（ｃ）?Ｔ型?（ｄ）角接??圖１．２攪拌摩擦焊典型的接頭形式??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｊｏｉｎｔｓ?ｆｏｒ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｓｔｉｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ??１．１．３攪拌摩擦焊的技術(shù)應(yīng)用??攪拌摩擦焊接技術(shù)自發(fā)明以來，已經(jīng)在航空、航天、鐵路機(jī)車、造船和汽車等工業(yè)??制造領(lǐng)域得到了廣泛的工程應(yīng)用。??造船業(yè)是最早采用攪拌摩擦焊接技術(shù)進(jìn)行商業(yè)運(yùn)作的行業(yè)之一，主要應(yīng)用于船舶的??甲板、側(cè)板和船體外殼等產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中。很多企業(yè)利用這一技術(shù)進(jìn)行大型擠壓??鋁材的焊接，而且造船用的攪拌摩擦焊接設(shè)備已經(jīng)投入商業(yè)生產(chǎn)［５］。??在汽車工業(yè)中，福特汽車公司采用ＦＳＷ技術(shù)焊接中央隧道結(jié)構(gòu)，用于燃料隔離箱??和其他內(nèi)部部件的生產(chǎn)；馬自達(dá)采用攪拌摩擦點(diǎn)焊（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?Ｓｆｃ?Ｓｐｏｔ?Ｗｅｌｄｉｎｇ，簡(jiǎn)稱??ＦＳＳＷ）技術(shù)為多達(dá)１００００輛車生產(chǎn)了后門結(jié)構(gòu)，并申請(qǐng)了相關(guān)專利；日本富士重工業(yè)??公司實(shí)際應(yīng)用ＦＳＷ進(jìn)行了厚度１ｍｍ左右的薄鋁合金板的對(duì)接［６］。??在航空航天制造領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)框架與外蒙皮的連接以及蒙皮與蒙皮的相互連接，??應(yīng)用于運(yùn)載火箭貯料箱、發(fā)動(dòng)機(jī)承力框架、并在大飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)和艙門結(jié)構(gòu)等方面也??得到廣泛應(yīng)用，例如，波音飛機(jī)公司采用攪拌摩擦焊接的焊接方法成功的實(shí)現(xiàn)了?Ｆ－１５??戰(zhàn)機(jī)尾翼整流罩上薄壁Ｔ形

?大連交通大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文????７，?入丨???ｑ２——＾￣￣ｒ￣Ｑ＇??圖２．１攪拌摩擦焊焊接過程產(chǎn)熱示意圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｅａｔ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｎ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｓｔｉｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??有研宄發(fā)現(xiàn)ｐｍ，對(duì)于鋁合金或者鎂合金薄板進(jìn)行有限元模擬時(shí)，攪拌摩擦焊焊接??過程中的產(chǎn)熱可以認(rèn)為都來自于攪拌頭軸肩與焊板表面之間摩擦熱Ｇ，這是由于鋁合??金、鎂合金的導(dǎo)熱系數(shù)大，焊接時(shí)熱量可以快速沿焊板厚度方向傳向焊縫底部，同時(shí)攪??拌針與焊板摩擦面較小，所以攪拌針側(cè)面與焊板之間的摩擦熱込和攪拌針底面與焊板??之間的摩擦熱仏很小可以忽略不計(jì)。另外焊接時(shí)焊板材料塑性變形小，從而這部分因塑??性變形的產(chǎn)熱量Ｇ也小，自然該部分的產(chǎn)熱也就忽略不計(jì)了。然而對(duì)于鋁合金或者鎂合??金厚板進(jìn)行有限元模擬時(shí)，由于焊接時(shí)攪拌頭軸肩與焊板表面之間接觸摩擦面積大，同??時(shí)攪拌針與焊板摩擦面較大，所以攪拌針側(cè)面與焊板之間的摩擦熱ａ和攪拌針底面與??焊板之間的摩擦熱ｆｔ較大，因此攪拌針部分的產(chǎn)熱就不能在再忽略了。另外焊接時(shí)焊板??材料塑性變形較大，從而這部分因塑性變形的產(chǎn)熱量２，也較大，也不能忽略。然而在有??限元模擬攪拌摩擦焊焊接過程中，對(duì)于塑性變形熱２ｔ，一方面在有限元建模時(shí)很難對(duì)該??部分做精確的模擬，另一方面對(duì)于該部分熱量，目前尚未有一個(gè)確切的數(shù)學(xué)模型去計(jì)算，??因而在有限元模擬攪拌摩擦焊焊接過程時(shí)常常忽略掉塑性變形熱Ｇ，只考慮攪拌頭軸??肩，攪拌針側(cè)面和底面與焊板之間因摩擦生熱而產(chǎn)生的熱量ｇ、ａ、ａ。??２．?３．?２產(chǎn)熱計(jì)算??對(duì)于攪拌摩擦焊


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