本文關(guān)鍵詞：基于COMSOL的攪拌摩擦焊熱場(chǎng)影響因素?cái)?shù)值計(jì)算

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【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,焊接作為工業(yè)制造的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù),其水平的高低逐漸成為工業(yè)和科技發(fā)展程度的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。攪拌摩擦焊(FSW)的出現(xiàn),為焊接技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的革命,極大地改善了有色金屬的焊接狀況,在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景,對(duì)推動(dòng)工業(yè)發(fā)展、創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益有著重要的作用。但攪拌摩擦焊技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間并不長(zhǎng),還處在研究和發(fā)展完善階段,人們對(duì)其了解還存在一定的欠缺。焊接中的溫度及其分布對(duì)接頭性能有著最為直接的影響,通過(guò)多角度模擬分析溫度場(chǎng)的分布狀況及特征來(lái)研究FSW可以使我們對(duì)其有進(jìn)一步的了解。本文以FSW為基礎(chǔ),使用COMSOL Multiphysics軟件并采用有限元方法建立了三維模型,依次進(jìn)行了將焊接參數(shù)、工件材料、攪拌頭形狀作為變量的有限元模擬分析,得出這種情況下焊縫的溫度場(chǎng)及其等值面的分布特征,并對(duì)模型溫度及其接頭組織情況進(jìn)行了理論分析,發(fā)現(xiàn)了一些變化規(guī)律。研究分析的主要結(jié)論如下:(1)在FSW中,無(wú)論試驗(yàn)參數(shù)如何改變,采用何種焊接材料以及采用何種形狀的攪拌頭,都存在焊前側(cè)的溫度場(chǎng)及其等值面的等溫區(qū)域面積均較焊后側(cè)大;焊接中的最高溫度均分布在攪拌頭與金屬組織相接處的表面上且僅出現(xiàn)在較小的區(qū)域或者點(diǎn)域內(nèi);溫度隨著離開(kāi)中心距離的增大而逐漸降低,距離焊接中心越遠(yuǎn),溫度下降速度越慢,溫度梯度越小。(2)在FSW實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,對(duì)于焊接速度、攪拌頭轉(zhuǎn)速和法向壓力三個(gè)參數(shù),任意改變其中一個(gè)參數(shù)而將其它兩個(gè)參數(shù)設(shè)為定值時(shí),接頭組織達(dá)到塑性狀態(tài)所需要的時(shí)間與參數(shù)數(shù)值之間存在非線性正比關(guān)系;溫度場(chǎng)分布面積與參數(shù)數(shù)值之間存在非線性反比關(guān)系。(3)焊接當(dāng)中在金屬材料達(dá)到塑性狀態(tài)前,接頭部分的溫度隨著焊接參數(shù)數(shù)值的增大而迅速升高;在接頭部分達(dá)到最高溫度后,溫度在一個(gè)較小的變化范圍內(nèi)波動(dòng)。(4)不同材料進(jìn)行FSW時(shí)最優(yōu)的焊接工藝參數(shù)各不相同,在轉(zhuǎn)速、焊接速度、法向壓力三個(gè)焊接參數(shù)當(dāng)中轉(zhuǎn)速和焊接速度對(duì)最高溫度的影響較大,法向壓力對(duì)最高溫度的影響相對(duì)較小。(5)采用Trivex形攪拌頭進(jìn)行焊接的焊核部分所占面積最大,采用圓柱形攪拌頭進(jìn)行焊接時(shí)產(chǎn)生的焊核區(qū)面積最小。法向壓力的改變對(duì)使用Trivex形攪拌頭進(jìn)行FSW的最高溫度沒(méi)有明顯的影響,采用Trivex形攪拌頭進(jìn)行FSW時(shí)的焊接效果較為穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：攪拌摩擦焊 溫度場(chǎng) 等值面 COMSOL
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景、目的和意義9-10
• 1.2 攪拌摩擦焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容13-15
• 2 建立攪拌摩擦焊接有限元仿真模型15-25
• 2.1 攪拌摩擦焊接原理15-16
• 2.2 COMSOL Multiphysics簡(jiǎn)介16-19
• 2.3 建立攪拌摩擦焊模型19-21
• 2.3.1 三維物理模型19-20
• 2.3.2 材料物理模型20-21
• 2.4 熱源分析21-22
• 2.5 控制方程22-23
• 2.6 邊界條件的確定23
• 2.7 網(wǎng)格劃分23-24
• 2.8 本章小結(jié)24-25
• 3 不同焊接參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響分析25-38
• 3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定25-26
• 3.1.1 材料參數(shù)的選擇25-26
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)26
• 3.2 不同轉(zhuǎn)速情況下溫度場(chǎng)的分布26-29
• 3.3 不同法向壓力下溫度場(chǎng)的分布29-31
• 3.4 不同焊接速度下溫度場(chǎng)的分布31-34
• 3.5 不同焊接參數(shù)條件下的最高溫度線圖34-36
• 3.6 本章小結(jié)36-38
• 4 FSW不同材質(zhì)比較分析38-51
• 4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)定38-40
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料設(shè)置38-39
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置39-40
• 4.2 攪拌摩擦焊接接頭組織40-41
• 4.3 焊接接頭部分橫截面分析41-48
• 4.4 不同焊接參數(shù)下最高溫度對(duì)比圖48-50
• 4.4.1 法向壓力不變條件下最高溫度對(duì)比圖48
• 4.4.2 焊接速度不變條件下最高溫度對(duì)比圖48-49
• 4.4.3 旋轉(zhuǎn)速度不變條件下最高溫度對(duì)比圖49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 5 不同形狀攪拌頭對(duì)溫度場(chǎng)的影響分析51-56
• 5.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定51-52
• 5.1.1 攪拌頭形狀選擇51
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定51-52
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析52-55
• 5.2.1 不同攪拌頭情況下溫度場(chǎng)對(duì)比圖52-54
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表化分析54-55
• 5.3 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及科研成果61-62
• 致謝62-63

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