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%。     

搅拌摩擦焊温度场

搅拌摩擦焊接过程中温度场的分布对焊缝成形质量具有重要的影响。该文结合数值模拟和实验方法,研究搅拌摩擦焊接过程的温度场。基于ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法建立完全热-力耦合的有限元模型,对搅拌摩擦焊接过程开展数值仿真,同时在模型中考虑塑性变形产热。选取两组不同工艺参数(旋转速度分别为600 r/min和800 r/min)对温度场的分布进行计算,并在相同的工艺参数下测量焊接过程中距焊缝不同位置处的峰值温度。数值模拟和实验对比结果表明:该模型能准确地模拟搅拌摩擦焊接过程中的准稳态温度分布情况;搅拌摩擦焊峰值温度低于材料的固相线;焊缝前进侧温度稍高于后退侧。     

2024铝合金控冷搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究

基于Morfeo有限元分析平台,采用热流耦合、热力耦合相结合的方法,对空冷和水冷条件下2024铝合金搅拌摩擦焊初始阶段和稳定阶段的温度场分布、特征点焊接热循环进行了数值模拟,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明:温度场高温区域均出现在搅拌工具轴肩下方的位置,且在搅拌工具后侧位置温度最高;空冷时各特征点焊接热循环的升温速率稍高于水冷的升温速率,而降温速率远远低于水冷时的速率。实际测试的焊接热循环与模拟预测值吻合较好。     

半固态搅拌摩擦焊温度场分析及组织验证

为避免由材料流动不足而导致的焊接缺陷以及降低焊接过程中的作用力,提出了半固态搅拌摩擦焊. 本文以2024-T3铝合金为研究对象,进行了焊接过程中温度及显微组织分析. 温度的模拟及测量结果表明:当搅拌头的旋转速度为1600r·min-1、焊接速度为150mm/min时,稳态时焊核区的温度峰值达到了518℃,超过了焊材的固相线. 空冷条件下常规搅拌摩擦焊与水冷条件下的半固态搅拌摩擦焊焊核区的显微组织对比结果表明,利用搅拌头摩擦产热的方法可使搅拌区呈现液态金属母液中均匀悬浮着近似球形晶粒的半固态组织.      

鼓式制动器瞬态温度场数值模拟计算

依据传热学理论和鼓式制动器的结构特点，分析了鼓式制动器的生热和散热过程，并用有限元法建立了制动鼓瞬态温度场数值模拟计算模型。以EQL092货车后轮鼓式制动器为研究对象，运用ANSYS软件对其制动鼓在持续制动工况下的温升过程进行了数值模拟计算，得出了制动鼓的温度场的三维分布状况，分析了瞬态温度场的变化情况。经过试验验证，计算结果与实测值误差在20％以内。     

搅拌摩擦焊接过程温度场动态仿真

推导了一种简易直观的搅拌摩擦焊接热源模型,并将模型应用于焊接过程温度场动态仿真,得到了焊接过程中不同时刻和位置处的热循环曲线,确立了温度场在时间和空间上的分布规律,并研究了不同焊接工艺参数时的温度场.结果表明:焊接最高温度为496.5℃,低于铝合金的熔点;沿焊缝不同位置处的温度值依次从初始温度迅速升高到最高温度500℃左右,然后又缓慢回复到初始温度附近;离焊缝越近,温度升高得越剧烈,最高温度越高;焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接过程温度场影响显著.     

搅拌摩擦焊搅拌头疲劳失效的模拟研究

利用ANSYS Workbench与ANSYS nCode Designlife分别建立了搅拌摩擦焊过程搅拌头的静力学与疲劳模型. 结合搅拌摩擦焊过程中搅拌头受到的作用力载荷谱,以及推导出的搅拌头扭矩的计算公式,讨论了前进阻力、侧向力、下压力和扭矩对搅拌头疲劳寿命的影响. 仿真结果表明,搅拌摩擦焊接过程中搅拌针的根部是主要的应力集中区,造成搅拌头疲劳失效主要发生在搅拌针根部. 前进阻力是造成搅拌头疲劳失效的主要原因,侧向力及扭矩对疲劳失效的作用则比较小,下压力对于搅拌头的疲劳寿命的增加有利.      

3 mmLY12与10 mmLF2搅拌摩擦焊温度场模拟分析比较

根据搅拌摩擦焊的具体焊接过程,利用ANSYS有限元分析软件,模拟3mmLY12薄板和10mmLF2厚板焊缝区的准稳态温度场.对比分析不同板厚、不同材质的铝合金焊缝区温度分布的不同状况,从而得到焊材本身的物性参数以及焊接参数对温度分布的影响情况,最终确定影响搅拌摩擦焊温度场的主要因素.模拟结果显示,3mmLY12温度场呈碗状,10mmLF2温度场呈花瓶状.通过模拟温度场结果与焊缝区组织的比较,验证了不同的温度场与不同焊缝组织的对应关系.     

搅拌摩擦焊研究现状及创新设想

搅拌摩擦焊是近二十年来新兴的焊接技术,和传统焊接技术相比,具有高效和环保的优势。同时由于是固相连接,可以有效解决以往难焊甚至不能焊的金属,使得我国在航空、航天和船舶等领域的制造水平大幅提升。本文就搅拌磨擦焊的基本原理,揭示了其研究现状,主要是焊接设备的现状,并对未来的发展趋势做一些探讨,希望可以拓展思路,更加深入的开展对该技术的应用。     

搅拌摩擦焊技术应用与研究

 在搅拌摩擦焊技术发展的10余年间,从最初的铝合金焊接发展到多种金属轻合金和非金属材料的焊接,因其固相连接的技术优势得以迅速推广。文中对搅拌摩擦焊技术研究的成果与主要研究方向予以阐述,总结了焊接材料、搅拌头结构与材料、金相组织结构与力学性能、运动学和动力学模拟,以及焊接工艺与设备研究现状与应用前景。对于焊接材料研究,已经涉及具有高温流动塑性的金属和非金属材料;各类焊接材料与搅拌头结构及焊接工艺参数的工艺数值优化也在不断规范;金相组织结构与力学性能的研究则为焊接机制研究及搅拌摩擦焊的推广应用提供理论依据;运动学和动力学模拟作为焊接工艺参数优化手段得以广泛使用;搅拌摩擦焊设备的研制国内已经起步,并由单一的固定式搅拌摩擦焊机向多种类型、智能虚拟化方向发展,为搅拌摩擦焊的推广奠定基础。随着搅拌摩擦焊技术研究和应用的深入,对连接技术的发展产生巨大的冲击和推动,特别是航天航空领域的应用,必将带动搅拌摩擦焊技术在国民经济各行业装备制造过程中的迅速发展,具有非常光明的应用前景。     

基于APDL的双丝高速焊瞬态温度场仿真

根据叠加原理推导出双丝焊的高斯热源计算公式,建立适当的有限元模型,对双丝高速焊接过程中温度场的瞬态变化进行动态仿真.用AN SY S软件的APDL语言编写程序,采用表数组存储热流密度矩阵,形成统一的面载荷,实现焊接热源的移动.最后给出焊接熔池的仿真结果.     

Al-Li合金搅拌摩擦焊技术的研究进展

Al-Li合金因其低密度、高比强度、高比刚度等优点,在航空航天领域得到了广泛的应用。作为新型的固态焊接技术,搅拌摩擦焊（friction stir welding,FSW）技术为Al-Li合金的工业化应用带来了新的发展前景。综述了近年来主要Al-Li合金（包括Al-Li-Cu、Al-Cu-Li、Al-Mg-Li）FSW技术的大致研究进展,总结了FSW工艺参数及后热处理工艺参数对焊接接头显微组织及力学性能的影响规律,并展望了未来的发展方向。     

搅拌头结构对搅拌摩擦焊缺陷形成机制的影响

采用不同结构的搅拌头和工艺参数,焊接热输入和材料流动行为不同,焊缝缺陷的类型也不同.基于Deform软件建立了A7N01材料搅拌摩擦焊仿真模型,通过焊接试验的测温曲线和缺陷完成了模型准确性评价.对比分析了3种搅拌头对焊接缺陷形成的影响.搅拌头结构不同,不同深度处的材料粒子点的切向填充速度不同.圆台搅拌头焊接多出现隧道缺...     

疲劳裂纹的搅拌摩擦焊维修效果分析

飞机结构疲劳裂纹严重影响了飞机的安全性,为评估搅拌摩擦焊维修疲劳裂纹的效果,设计规划了壁板结构含裂纹损伤的静力、疲劳维修试验件以及相应的对比试验件,进行了标准的静力、疲劳以及裂纹扩展试验,并对试验结果进行概率分析,给出了搅拌摩擦焊维修后的静力承载性能恢复程度以及不同存活率下的裂纹扩展速率公式。结果表明,搅拌摩擦焊维修后力学性能优良,可以有效地延长结构的使用寿命,为工程应用提供技术参考。     

热连轧工作辊三维瞬态温度场数值模拟

考虑水冷、空冷、摩擦热和变形热以及工作辊与轧件接触热传导等动边界条件，采用有限差分法，建立了热连轧工作辊三维瞬态温度场分析计算模型。使用该模型实现了对工作辊温度的动态分析和精确计算，预测工作辊非稳态轧制时的瞬态温度分布、稳态温度场和终轧后空冷时的温度场。     

热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析

利用有限元分析软件ANSYS分析了热采井筒的瞬态传热。分析结果表明 ,随着注汽的进行 ,在模型任一位置上的径向热流量均逐渐减小 ,能量损耗随着注汽周期的延长而下降。因此 ,适当延长注汽周期有利于节省能源。如果不能延长注汽时间 ,则可以通过适当地增大单位时间的注汽量来降低能量损失。     

海洋关井井筒温度场瞬态模型

基于油井关井期间换热机制,对井筒内区域、界面区(井筒与地层/海水的交界面)和地层分别建立温度控制方程。根据下入保温油管的生产管柱结构和井筒换热物理模型几何特征,应用交替方向全隐式离散技术,对井筒内轴线节点、油管底部节点、内节点和井筒/海水界面等单独离散,建立稳定、收敛的瞬态温度场数值求解方法。结果表明,关井后初始阶段产液温度下降速率大,随关井时间延长,产液温度下降速率逐渐降低,关井24 h后受井筒内产液影响的径向区域半径小于3 m,关井106.1 h后井筒及周围地层温度恢复到原始温度。南海实例井模拟结果与实测数据相对误差小于3%。     

热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析

利用有限元分析软件ANSYS分析了热井筒的瞬态传热。分析结果表明,随着注汽的进行,在模型任一位置上的径向热流量均逐渐减小,能量损耗随着注汽周期的延长而下降。因此,适当延长注汽周期有利于节省能源。如果不能延长注汽时间,则可以通过适当地增大单位时间的注汽量来降低能量损失。     

工业纯铝搅拌摩擦焊质量与力学性能

采用不同旋转速度/进给速度(ω/v),研究其对AA1050搅拌摩擦焊焊缝的表面形貌、硬度分布、应力-应变曲线和显微组织的影响。研究结果表明:当ω/v分别为800/100,1 000/200和1 400/300时,焊缝区表面质量较好;焊核区硬度高于母材硬度,焊核区平均维氏硬度最高为42.9;焊核区拉伸强度高于母材拉伸强度,极限拉伸强度最高为105 MPa,与母材的拉伸强度相比提升了64%;当旋转速度固定时,随进给速度增加,极限拉伸强度增加,塑性降低;当ω/v为1 400/300时,焊缝具有较好的力学性能和较强加工硬化能力,高焊缝质量对应的点分布在热输入量与焊核区屈服强度的关系曲线凹处周围。     

7075铝合金搅拌摩擦焊模拟与实验研究

搅拌摩擦焊解决了7075铝合金难焊接问题,但焊接过程中复杂的温度、流场变化容易造成焊缝缺陷.本文利用FLUENT软件模拟研究了7075铝合金焊接过程温度场与流场的变化规律,并对模拟结果进行了验证.结果表明:前进侧焊接温度高于后退侧,但其材料流速低于后退侧,焊缝最高温度出现在轴肩边缘内侧.搅拌头转速越大,焊接速度越小,则...