攪拌摩擦焊接頭殘余應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊自上世紀(jì)90年代初發(fā)明以來(lái)，對(duì)多種不同材料的攪拌摩擦焊試驗(yàn)研究已取得了巨大的進(jìn)展，但是對(duì)攪拌摩擦焊工藝過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬直到最近幾年才逐漸興起。由于攪拌摩擦焊是一個(gè)溫度變化、組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、應(yīng)力應(yīng)變和金屬流動(dòng)四個(gè)因素相互作用的復(fù)雜過(guò)程，只有應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)才能有效分析其連接機(jī)理。
　　基于ANSYS有限元分析平臺(tái)，對(duì)攪拌摩擦焊過(guò)程的溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，分析了焊接過(guò)程中不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布、殘余應(yīng)力應(yīng)力場(chǎng)中不

2、同方向的殘余應(yīng)力的變化以及焊件最終變形情況。計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比，二者基本吻合。
　　1.首先要建立三維熱模型進(jìn)行溫度場(chǎng)分析，以得到焊接過(guò)程的溫度歷程。在溫度場(chǎng)的模擬過(guò)程中，只考慮了攪拌頭肩部和攪拌針與工件之間的摩擦生熱，建立了移動(dòng)熱源。為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性同時(shí)又減少計(jì)算量，實(shí)體模型在劃分網(wǎng)格時(shí)采用了非均勻網(wǎng)格方式。在計(jì)算過(guò)程中采用了隨溫度變化的熱物理性能，選擇了合理的焊接工藝參數(shù)和邊界條件。
　　2.將熱模型轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)模

3、型，把得到的溫度場(chǎng)結(jié)果作為熱載荷施加到結(jié)構(gòu)模型上進(jìn)行殘余應(yīng)力分析。在分析過(guò)程中采用了材料隨溫度變化的熱力學(xué)性能，施加了合理的邊界條件，考慮了攪拌頭對(duì)工件產(chǎn)生的隨熱源移動(dòng)的約束條件，使模擬過(guò)程更符合實(shí)際情況。整個(gè)過(guò)程采用ANSYS有限元軟件來(lái)完成。結(jié)果表明，在焊縫及其熱影響區(qū)，縱向殘余應(yīng)力為主要?dú)堄鄳?yīng)力，低于材料室溫的屈服強(qiáng)度，最大值在焊縫中心，而橫向應(yīng)力相對(duì)較低，Z向應(yīng)力水平很低，在零點(diǎn)附近上下波動(dòng)，可以忽略。
　　綜上所述，本文