搅拌摩擦焊温度场数值模拟.pdf

搅拌摩擦焊接热力耦合数值模拟硕士学位论文大连理工大学作者姓名:别俊学科、专业:让箕力堂学号:指导教师:张湛武教授韭昭进短完成日期:垒。丘。
摘要搅拌摩擦焊接作为一种新型的固相连接技术,成功解决了轻质金属如锅合金、镁合金等的焊接难题,具有低耗能、低污染以及接头性能良好等优点,已经广泛使用在航空航天、汽车、船舶制造等工业领域。尽管对于焊接接头的微观组织和力学性能已有很深入的研究,但是对于焊接接头形成的桃理并没有一个清晰的解释,而且耗费大量的实验成本。通过数值模拟可以了解在焊接过程中的温度场和材料变形等,可以减少藿复实验,节约成本,而且能够通过进一步优化焊接参数,对搅拌摩擦弹接技术的应用和发展疑有参考意义。本文采用数值方法研究了在焊接过程中寿才料的温度场和材料变形等,先后建立了热分析以及完全热力耦合模型,对于焊接过程中湿度场和塑性变形分布作了详细分析,并讨论了焊接参数的改变对材料的温度场和塑性变形的影响。各章节的安排如下:第一章简要介绍‘了搅搀摩擦焊接近年来的发展状况以及研究进展,内容包括对焊接按头的微观组织、力学性能以及温度场韵研究;在最后介绍了本文的工作。第二章介缓了在搅拌摩擦焊接产热分板基础上建立的热传导模型。详细介绍了热传导计算有限元方法、几何模型以及数值计算模型构建的过程;对计算缩果作了详细研究,并讨论了焊接参数变化对材料淑度场的影响。第三章介绍了基于有限元方法的完全热力耦合模型。详细介绍了动力学计算的有限元方法和构建模型中需要用到的质量放大、竦燃记桑憾约扑憬峁髁讼晗阜治觯重点讨论了塑性娈形历史以及焊接参数变化对帮性变形分布的影响,最后对模型的准确性作了验涯性分亍结论总结全文,并展望进一步的研究内容和工作。本文的研究工作是嗣家自然丰善学基金资助项目资助计划的~部分。关键词:搅拌摩擦焊接;数值模拟;温度场;热力耦会模型大连理二￡大学硕±学位论文
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作者签名:兰型堡掌冢:望:好独创性说明作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
:篓笙卫年土月上日大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师究全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”,同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版,允许论文被查丽和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据摩进行检索,也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论大连理工大学硕±研究生学位论文文。
髀虺艶怯⒐附友芯克ǎ琇搅拌摩擦焊接工艺简介搅拌摩擦焊年发明的一种新型焊接工艺【,其最初的目的是用于低熔点合金板材焊接,如铝合金,镁合金等。对于铝合金这种高强度合金的连接,使用传统的电阻焊和电弧焊等焊接工艺容易产生脆性相以及气孔等缺陷,较难得到具有良好性能的接头,在一定程度上阻碍了铝合金在工程构件连接方面的应用。与传统的焊接方法相比,搅拌摩擦焊接具有优质、低耗,焊接变形小,无污染等特点>咛灞硐治#捎糜谌酆甘庇幸欢讯鹊材料,如铝合金、钛合金及铜铝合金异种材料;珊附影宀募岸嘀纸油沸问对接、角接、搭接和谓油返,还可进行不同位置焊接;阜熘柿扛撸油分胁环⑸热裂纹、气孔等缺陷,接头力学性能优异;附映杀镜停梢越谠汲杀荆盖吧备要求低,允许接缝有薄氧化膜及附着杂质;不需焊后处理;无需填充材料和保护气体等;附庸贪踩院茫奕刍⑽薹山Α⑽扪坛尽⒌驮肷且恢只繁P偷慕谀连接技术。由于其所具有的独特优势,已经在航空、航天、汽车、船舶、轨道交通、电力电子、建筑等多个领域获得了突破性的发展和应用,尤其是在铝合金上已经获得了大规模的工业应用,典型的实例包括:美国航空航天局的盗谢鸺⒚拦鶨小型商务机、阿里亚娜火箭发动机、挪威铝合金快艇、日本新干线等。由于现在对其接头形成机理和优化工艺参数的研究并不是很成熟,因此限制了搅拌摩擦焊接的进一步应用。在焊接试验过程中发现当焊接工艺选择不当,会造成在接头中产生孔洞、沟槽等缺陷,与焊接过程中的摩擦热量和焊缝的金属流动状态有关。因而研究搅拌摩擦焊接接头的形成机理以得到较高质量的接头一直是搅拌摩擦焊接研究的重点。搅拌摩擦焊接过程是一种机械力和摩擦热作用下的固相连接方法。如图所示,在焊接过程中,一个柱形带特殊轴肩和搅拌针的搅拌头旋转着插入被焊接工件,焊接工件两侧固定防止其移动。搅拌头一边高速旋转一边移动,搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦