搅拌摩擦焊温度场及流场数值模拟
发布时间：2020-05-19 13:35
【摘要】：随着我国轨道交通建设事业的迅速发展,对轨道车辆结构的综合性能要求也在不断提升。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)这一新型固相连接技术在轨道车辆的生产制造中也得到了广泛地应用。搅拌摩擦焊是一个热力耦合作用的过程,焊接时材料的温度变化以及塑性材料的流动都会对焊后残余应力、残余变形以及焊缝成型的质量产生影响,进而影响构件的使用寿命,产生安全隐患。因此对搅拌摩擦焊温度场和流场进行深入研究,具有重要的工程价值和实际意义。本文基于传热理论和计算流体力学理论,建立搅拌摩擦焊三维计算模型,对其温度场和流场展开研究,研究工作如下:(1)产热解析公式的分析。推导了带凹角轴肩和带锥角搅拌针的产热公式,并对已有公式进行了对比和分析;讨论了轴肩凹角和搅拌针锥角对产热和产热所占比例的影响;在相同的焊接工艺参数下,分析了轴肩凹角、搅拌针锥角对焊接线能量以及焊接最高温度的影响。(2)温度场的模拟分析。改进了基于线能量的摩擦系数预测-修正方案,焊接移动热源、原摩擦系数预测-修正方案以及改进后的摩擦系数预测-修正方案通过ABAQUS子程序DFLUX添加到模型中;对平轴肩-圆柱针、平轴肩-圆台针、凹轴肩-圆柱针以及凹轴肩-圆台针四种不同搅拌头的FSW温度场进行数值模拟,对比和分析原摩擦系数预测-修正方案与改进后的摩擦系数预测-修正方案对FSW温度场的影响。(3)流场的模拟分析。采用FLUENT流体分析软件对平轴肩-圆柱针、平轴肩-圆台针、凹轴肩-圆柱针以及凹轴肩-圆台针四种不同搅拌头的FSW焊接流场进行模拟。分析了轴肩凹角和搅拌针锥角对焊接中心区域的金属材料水平和垂直方向流动特性的影响;采用平轴肩-圆柱针搅拌头流体计算模型,模拟不同焊速和转速下材料的流动情况,研究焊速和转速对材料流动特性的影响。通过对搅拌摩擦焊焊接过程温度场和流场的模拟,得到了焊接材料温度的变化规律和焊接中心区域材料的流动特性,为后续研究搅拌摩擦焊残余应力、残余变形以及提高焊缝质量提供技术支持。
【图文】：
１．２搅拌摩擦焊概述逡逑１．２．１搅拌摩擦焊原理逡逑搅拌摩擦焊接过程的示意图如图１．１所示，整个焊接过程分焊接开始、稳态焊接和逡逑焊接结束三个阶段，整个过程中搅拌头起到至关重要的作用。搅拌头由轴肩及搅拌针组逡逑成。焊接开始阶段，在下压力与搅拌头高速旋转的共同作用下，搅拌针端部与焊接金属逡逑摩擦生热，使焊接金属软化，，搅拌针迅速插入焊接金属的接缝中。当d拱枵氩迦牒讣疱义希卞义
本文编号：2670965
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１．２搅拌摩擦焊概述逡逑１．２．１搅拌摩擦焊原理逡逑搅拌摩擦焊接过程的示意图如图１．１所示，整个焊接过程分焊接开始、稳态焊接和逡逑焊接结束三个阶段，整个过程中搅拌头起到至关重要的作用。搅拌头由轴肩及搅拌针组逡逑成。焊接开始阶段，在下压力与搅拌头高速旋转的共同作用下，搅拌针端部与焊接金属逡逑摩擦生热，使焊接金属软化，，搅拌针迅速插入焊接金属的接缝中。当d拱枵氩迦牒讣疱义希卞义
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