搅拌摩擦焊瞬态温度场数值模型的讨论

搅拌摩擦焊温度场数值模拟工作多侧重于产热模型及温度场分布规律等方面的研究,关于数值模型及其计算效率方面的报道相对较少。本文对AL6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊接过程瞬态温度场进行了模拟,对数值模型的相关问题进行了研究。在保证模拟结果与实验结果相符合的前提下,为提高计算效率,给出了合理的模型尺寸;分析了网格尺寸对温度场的影响;探讨了网格分区划分方案;分析了轴肩与搅拌针产热分配对温度场的影响。结果显示：模型宽度随板厚增加线性增大,而模型宽度与轴肩直径的比值随板厚的增加线性减小;有限元网格尺寸为1 mm时能有效地模拟温度场;焊缝中心处轴肩直径范围内的网格应当细化;合理的轴肩与搅拌针产热比例分别为75%和25%。     

同轴送粉激光增材工艺对温度场及应力场的影响

激光增材制造过程中金属零件能否顺利成形以及成形后组织性能的优劣直接取决于工艺参数的选择。为研究激光工艺参数对增材构件温度场和应力场的影响，本文基于顺序热-力耦合有限元方法对在304L基板上进行同轴送粉激光增材GH4169合金粉末的单道单层工艺开展数值模拟研究。在实验验证数值模型有效性的基础上，深入分析激光功率和扫描速度对不同区域的温度场和残余应力的影响，并探讨应力场与温度场之间的关系。在沉积层边缘区域，提高激光功率和降低扫描速度都会明显降低沉积层和基板在降温过程中的温度梯度，且该温度梯度与该位置的横、纵向残余应力呈明显的正比关系。在沉积层内部，扫描速度的变化对横、纵向温度梯度和残余应力影响微小，提高激光功率使得该区域的纵向温度梯度明显降低，但横、纵向残余应力略有增大，熔池中心区域的残余应力和温度梯度不存在明显的正比关系。