載流攪拌摩擦焊多物理場耦合數值模擬.pdf

1、本論文研究來源于國家自然科學基金面上項目:載流攪拌摩擦焊接熱效應及其組織結構變化規(guī)律(51075413/E050803)。傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接在輕金屬合金的焊接方面應用較廣,但是其對于高熔點金屬的焊接存在較大缺陷。同時傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接過程中的缺陷主要來源于過低的熱輸入量。而本文所研究的載流攪拌摩擦焊接技術正是針對傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接技術提出的,該技術可以彌補傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接的不足。本文以載流攪拌摩擦焊接為研究對象,利用Comsol Multip

2、hysics軟件通過多物理場建模技術對載流攪拌摩擦焊全過程建立三維有限元模型。
　　首先,本文將會建立一個多物理場耦合的載流攪拌摩擦焊數值模型,利用多物理場耦合有限元技術對載流攪拌摩擦焊接過程的各個物理場進行強耦合求解。本文中將會使用兩組非線性求解器來對所建立的模型進行求解。這兩組非線性求解器分別為Quasi準穩(wěn)態(tài)求解器和瞬態(tài)參數掃描求解器。本文將利用所建立的數值模型計算出載流攪拌摩擦焊接的溫度場,電流場以及速度場等。并且通過模擬

3、結果對比不同類型載流攪拌摩擦焊接,以及載流攪拌摩擦焊接與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接之間存在的不同特征。數值模擬結果表明載流攪拌摩擦焊接過程中電阻熱主要產生在攪拌頭與工件的接觸面上。預熱攪拌摩擦焊在工件上未被焊接區(qū)域所產生的熱量較多而熱傳導載流攪拌摩擦焊在工件上已經被焊接過的區(qū)域中產生的熱量較多。在合理控制電流參數的條件下可以消除傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接中溫度場的不對稱性。通過合理的控制焊接過程中的電場分布,可以有效的對溫度場的分布進行控制。電場的引入使得

4、材料的流動性更好,更易形成接縫。當電流值從50A增大到300A,焊接區(qū)材料的最大速度值均有所提高。隨著電流值不斷增大,速度場本身具有的不對稱性也越來越明顯。攪拌頭最大Von Mises應力值可以達到950MPa,在攪拌針的底部,低應力區(qū)的分布呈現出一個矩形的分布。Von Mises應力在軸肩下表面分布幾乎為對稱分布,而體積應變則呈現出不對稱性。當電流值從50A增大到300A時,在工件焊接區(qū)中的Von Mises應力峰值不斷減小,從516