搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流场的数值模拟

依据流体力学理论,建立搅拌摩擦焊的三维流场有限元模型,根据试验参数确定流场的定解条件对搅拌摩擦焊过程进行数值模拟,得到了焊缝塑性金属的三维速度场、流线轨迹.结果表明:焊缝上部金属呈规则的层流,下部金属呈不规则的紊流;塑性金属在厚度方向上发生了循环迁移,搅拌针附近的塑性金属沿搅拌针向上迁移,其外围的金属则向下迁移.     

搅拌摩擦焊材料流动黏滞滑动模型

针对搅拌摩擦焊稳态焊接过程中搅拌头与焊缝材料出现相对滑动的现象,提出对该物理现象进行描述的数学模型,并应用COMSOL Multiphysics有限元软件建立基于流体力学的搅拌摩擦焊黏滞滑动三维流场数值模型,对6061-T6铝合金进行搅拌摩擦焊接模拟。模拟结果表明,采用该黏滞滑动数学模型获得了与实际吻合的温度场和速度场,验证了该黏滞滑动模型的有效性。     

搅拌摩擦焊机械主轴热态性能分析

通过采用有限元方法,运用Solidworks软件,研究搅拌摩擦焊机械主轴的热态特性。确定搅拌摩擦焊机械主轴热分析的边界条件,计算出轴承发热量,建立搅拌摩擦焊机械主轴热力学有限元模型,并对搅拌摩擦焊机械主轴进行稳态热、温升变化以及温度场分布情况进行分析,研究结果表明,搅拌摩擦焊机械主轴结构设计合理,温升在控制范围之内。     

铝合金搅拌摩擦焊三维模拟流场水平流动状况分析

采用计算流体力学软件FLUENT，建立搅拌摩擦焊的三维流场模型。对所建流场模型作4种深度的水平切片，得到不同深度的水平流动状况，并对流动状态进行分析。结果表明：焊接上部金属呈现规则的层流，下部金属员不规则的流，流动速度呈现有规律分布。模拟流场结果与试验所测流场基本吻合。     

基于数值模拟的搅拌摩擦焊接成形缺陷预测

采用DEFORM-3D软件建立了搅拌摩擦焊三维热-力耦合有限元模型,通过数值模拟研究了不同工艺参数条件下预测搅拌摩擦焊成形缺陷的方法。将数值模拟的缺陷预测结果与实验结果进行对比,验证了本模型进行缺陷预测的可行性。为了研究焊缝成形缺陷产生的原因,对比分析了搅拌倾角、焊速等工艺参数影响搅拌摩擦焊温度及材料流动的规律,结果表明,增大搅拌头倾角可明显增加焊缝前进侧材料的焊接温度,增大焊速会小幅降低前进侧根部材料的焊接温度。同时,增大搅拌头倾角可增大搅拌头后方材料的接触压力,相应地可增大其摩擦驱动力,促使材料产生塑性流动;但增大焊速,会使接触压力降低,使材料因摩擦驱动力不足而流速过小,甚至停止流动形成孔洞型缺陷。     

钛合金搅拌摩擦焊接三维流场数值模拟

基于粘性流体力学理论，采用计算流体力学软件FLUENT。建立了4mm厚钛合金板搅拌摩擦焊接过程焊缝金属塑性流动的三维有限元模型。对所建模型作水平和垂直切片，得到了模型不同位置上材料的流动状况。并对其进行了分析。结果表示：焊缝金属前进侧向前流动的趋势强于后退侧向后流动的趋势，且整体流动成规则的层流，但在焊件表层金属流动区的边缘部分，材料流动有明显的紊流现象。模拟流场结果同实验结果基本吻合。     

搅拌摩擦焊的三维有限元摩擦模型数值模拟研究

搅拌摩擦焊(FSW)的三维有限元的摩擦模拟需要透彻地了解其材料和界面行为,其模型建立困难,同时很难认识其现象本质。由于材料流动的高度耦合性和极端条件,单纯的摩擦模型不能描述FSW的过程,需要对其有限元模型进行简化处理。对6061铝合金进行FSW试验,采用Forge有限元软件对FSW进行了分析。结果表明:焊接过程中的力和温度对摩擦系数具有高度敏感性,利用ALE算法可以计算出接触和摩擦表面的大小,Norton摩擦模型得到的力值与实验结果吻合良好,采用Coulomb模型进行校准得到摩擦系数μ=0.3。     

铝合金等离子弧立焊穿孔熔池的计算机模拟

根据流体力学理论和传热学机理，建立了运动等离子弧作用下立焊穿孔焊接熔池流场和温度场的三维瞬态数值分析模型，并采用有限元法对模型进行离散化处理。模型中，考虑了熔池内部液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面通过对流和辐射向周围环境的散热以及熔化／凝固相变潜热对熔池流场与温度场的影响，焊接热源采用高斯分布函数，计算中对边界条件进行了处理，根据穿孔熔池温度场与流场模型的特点，采用非均匀网格对单元进行划分，并采用分区异步长算法确定时间步长，利用ANSYS(一种有限元计算软件)有限元软件对所建立的模型进行了求解。通过试验测量焊缝几何尺寸与计算结果相比较，验证了本模型的计算结果和实际相差不大，是基本正确和可靠的。     

Ti6Al4V钛合金背部加热辅助搅拌摩擦焊的温度场研究

以Ti6Al4V钛合金为研究对象,基于有限元软件Abaqus,建立了搅拌摩擦焊接过程的有限元分析模型,研究了传统搅拌摩擦焊及背部加热搅拌摩擦焊的焊接温度场。结果表明,采用合理的焊接工艺参数可使传统搅拌摩擦焊与背部加热搅拌摩擦焊的温度峰值接近,且温度峰值出现在搅拌头的后方。相比于传统搅拌摩擦焊,背部加搅拌摩擦焊过程中搅拌头前部的高温区域更大且温度梯度较小,有利于降低搅拌头的磨损。     

45钢线性摩擦焊接头温度场数值模拟与实验验证

根据线性摩擦焊振动系统的简化模型,推导了焊接过程热输入数学模型,并通过热过程分析,建立了线性摩擦焊三维热分析有限元计算模型;利用有限元软件ANSYS计算获得了45钢线性摩擦焊接头温度场的分布特征,并与用金相组织法测定的接头温度场进行比较,验证了模拟结果.