本文關鍵詞：慣性摩擦焊焊接過程數(shù)值模擬的研究

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【摘要】：慣性摩擦焊是一種過程中包含熱力復雜變化的固態(tài)焊接方法,焊接過程中飛輪儲存的能量轉化為熱能使得焊接面附近溫度迅速升高達到熱塑性狀態(tài),并在壓力和摩擦熱的作用下完成焊接。摩擦焊以其節(jié)能、環(huán)保、高效的特點廣泛應用于航天航空、汽車等多種領域中。現(xiàn)如今大部分的研究者均采用有限元軟件對焊接過程進行模擬,不僅節(jié)約了時間、大量縮短了試驗周期,避免了需要大量研究的盲目性,為更快的獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)提供了有效的方法。文中采用彈塑性有限元理論建立了慣性摩擦焊接過程二維軸對稱、熱力耦合有限元計算模型,利用庫倫模型和剪切模型分別模擬焊接過程中不同階段的摩擦行為,并對焊接過程中所涉及的傳熱學理論、材料彈塑性問題及焊接過程中扭矩的計算做出詳細闡述。運用有限元軟件ABAQUS建立了GH4169慣性摩擦焊接二維軸對稱熱力耦合有限元模型,對焊接過程進行數(shù)值模擬。針對摩擦面附近區(qū)域單獨進行網(wǎng)格細分,保證計算的準確度,并利用該模型模擬計算了焊接過程中的溫度場、應力應變場的分布。為驗證所建立的慣性摩擦焊接有限元模型的準確性,文中采用兩種溫度測量的方式——熱電偶測溫和紅外測溫法對焊接過程中焊件的溫度進行測量,并利用ABAQUS軟件計算相同位置處的溫度值,將實驗測得的溫度與計算溫度值進行比較,驗證了模型的可靠性。利用驗證的模型選擇合適的工藝參數(shù)對慣性摩擦焊接過程進行模擬,分析得出的溫度場、應力應變場和軸向縮短量的分布情況。用單一因素法和正交試驗分析焊接過程中的三個主要工藝參數(shù)—轉速、壓力、轉動慣量等對最高溫度和軸向縮短量的影響規(guī)律,并得出,改變轉速對最高溫度和軸向縮短量影響最為明顯,壓力次之,轉動慣量最弱,為進一步的優(yōu)化焊接參數(shù)和焊接工藝提供給了基礎。
【關鍵詞】：慣性摩擦焊接 數(shù)值模擬 溫度場 應力應變場 軸向縮短量
【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 摩擦焊接技術概述9-11
• 1.2.1 慣性摩擦焊接過程及基本原理9-10
• 1.2.2 慣性摩擦焊的工藝特點10-11
• 1.3 摩擦焊接數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀11-15
• 1.4 論文研究意義與主要內容15-16
• 2 摩擦焊接數(shù)值模擬的理論基礎16-28
• 2.1 有限元法概述16-17
• 2.2 熱分析理論17-22
• 2.2.1 熱力學第一定律17-18
• 2.2.2 傳熱學基本原理18-19
• 2.2.3 傳熱問題的定解條件19-20
• 2.2.4 熱平衡方程20-21
• 2.2.5 熱傳導問題的有限元法21-22
• 2.3 彈塑性有限元理論22-24
• 2.3.1 材料屈服準則22-23
• 2.3.2 彈塑性問題的本構關系23-24
• 2.4 熱力耦合分析24-25
• 2.5 摩擦焊接過程摩擦行為和摩擦扭矩及角速度的確定25-27
• 2.5.1 摩擦行為的描述25-26
• 2.5.2 摩擦模型的轉變26
• 2.5.3 摩擦扭矩及角速度的確定26-27
• 2.6 本章小結27-28
• 3 測溫系統(tǒng)的設計28-36
• 3.1 測溫方案的選擇28-29
• 3.1.1 測溫方式簡介28
• 3.1.2 測溫方案的選擇28-29
• 3.2 熱電偶測溫方法29-31
• 3.2.1 熱電偶測溫原理及特點29
• 3.2.2 熱電偶型號種類的選擇29-30
• 3.2.3 熱電偶測溫的冷端補償30-31
• 3.3 慣性摩擦焊接過程溫度的采集與數(shù)據(jù)處理31-33
• 3.3.1 焊接過程溫度的采集31
• 3.3.2 數(shù)據(jù)處理31-32
• 3.3.3 熱電偶測溫實驗32-33
• 3.4 紅外測溫方法33-35
• 3.4.1 紅外測溫方法的原理及特點33
• 3.4.2 紅外測溫實驗33-35
• 3.5 本章小結35-36
• 4 慣性摩擦焊數(shù)值模型的建立及其可靠性驗證36-45
• 4.1 ABAQUS軟件簡介36-37
• 4.2 慣性摩擦焊接數(shù)值模擬模型的建立37-42
• 4.2.1 幾何模型的建立37
• 4.2.2 材料性能參數(shù)37-39
• 4.2.3 邊界條件39-40
• 4.2.4 單元的選擇與網(wǎng)格劃分40-41
• 4.2.5 增量步長的選擇41
• 4.2.6 接觸設置41-42
• 4.3 模型的可靠性驗證42-44
• 4.3.1 慣性摩擦焊接實驗42
• 4.3.2 實驗結果與模擬結果的對比42-44
• 4.4 本章小結44-45
• 5 慣性摩擦焊接數(shù)值模擬結果分析45-57
• 5.1 研究方案的選擇45
• 5.2 溫度場的結果分析45-47
• 5.2.1 溫度場空間分布45-46
• 5.2.2 最高溫度隨時間變化規(guī)律46-47
• 5.3 焊接過程的應力分布47-49
• 5.3.1 軸向應力分布47-48
• 5.3.2 徑向應力分布48-49
• 5.4 等效塑性應變49-50
• 5.5 軸向縮短量的變化情況50-51
• 5.6 各工藝參數(shù)對焊接過程參量場的影響51-54
• 5.6.1 轉速對溫度場及軸向縮短量的影響51-52
• 5.6.2 壓力對溫度場及軸向縮短量的影響52-53
• 5.6.3 轉動慣量對溫度場及軸向縮短量的影響53-54
• 5.7 利用正交實驗研究工藝參數(shù)對軸向縮短量的影響54-56
• 5.8 本章小結56-57
• 結論57-58
• 參考文獻58-62
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文62-63
• 致謝63-64

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 汪建華,姚舜,魏良武,戚新海;攪拌摩擦焊接的傳熱和力學計算模型[J];焊接學報;2000年04期

2 周利;劉會杰;劉鵬;;攪拌頭受力模型及應用[J];焊接學報;2009年03期

3 杜隨更,段立宇,程功善;摩擦焊接初始階段的摩擦機制及摩擦系數(shù)[J];機械科學與技術;1997年04期

4 杜巖峰;白景彬;田志杰;李勁松;張彥華;;2219鋁合金攪拌摩擦焊溫度場的三維實體耦合數(shù)值模擬[J];焊接學報;2014年08期

5 孫濤;王玉;高大路;秦東浩;;薄板7075鋁合金攪拌摩擦焊三維有限元數(shù)值模擬[J];熱加工工藝;2010年03期

6 劉占軍;李文星;姬書得;馬軼男;高雙勝;岳玉梅;;連續(xù)驅動摩擦焊接45鋼過程溫度與材料流動的3D數(shù)值模擬[J];熱加工工藝;2014年03期

7 張建峰,王翠玲,吳玉萍,顧明;ANSYS有限元分析軟件在熱分析中的應用[J];冶金能源;2004年05期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 齊少安;慣性摩擦焊接過程溫度場的數(shù)值模擬[D];大連理工大學;2002年

2 劉承東;GH4169慣性摩擦焊接過程的有限元熱力耦合分析[D];大連理工大學;2003年

3 桂方亮;GH4169合金大環(huán)形件慣性摩擦焊接過程數(shù)值模擬[D];大連理工大學;2005年

4 王鍇;GH4169合金慣性摩擦焊工藝及有限元數(shù)值模擬研究[D];西北工業(yè)大學;2007年

5 張澍;45鋼線性摩擦焊接過程的數(shù)值模擬研究[D];南昌航空大學;2012年

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本文編號：539110