搅拌摩擦焊中作用力对搅拌头疲劳寿命影响的模拟研究

利用ANSYS n Code Designlife建立了搅拌摩擦焊(FSW)过程搅拌头的疲劳模型。结合FSW过程中实测的搅拌头作用力载荷谱以及搅拌头扭矩公式,获得了搅拌头的作用力与疲劳寿命两者之间的关系,着重研究了前进阻力平均值与其周期性载荷幅值的大小对疲劳寿命的影响。模拟结果表明,前进阻力及其周期性载荷是造成搅拌头疲劳失效的主要因素,而侧向力与扭矩是次要因素;下压力有利于提高搅拌头的疲劳寿命。搅拌头的疲劳寿命随着前进阻力与前进阻力幅值的增加而减小。焊接参数的改变对搅拌头疲劳寿命的影响较大,但无明显规律。在FSW过程中,下压力平均值与前进阻力平均值的比值的增加有利于降低前进阻力周期性载荷的幅值,进而提高搅拌头的疲劳寿命。对于13mm厚的2024铝合金,当下压力平均值与前进阻力平均值的比值大于2时,搅拌头的疲劳寿命大幅度提高。