空间曲线搅拌摩擦焊力热综合分析与控制
发布时间：2021-03-10 11:27
搅拌摩擦焊（Friction stir welding,简称FSW）作为一种新型固态焊接工艺,其焊接接头质量好,可实现单面一次焊透,加工无需保护气体,近年来已应用到运载火箭贮箱箱底的制造。然而,由于箱底空间曲线焊接的结构特殊性,焊接力热的不稳定会影响焊缝质量,已经成为一个亟待解决的工程问题。本文针对不同焊缝的特点,将其抽象为具体问题采用仿真和物理实验的方法系统分析了焊接过程中的力热物理场,在此基础上,提出了基于广义预测算法的下压力控制方案,并通过仿真实验对比了有无控制下的下压力变化情况。本文的主要研究内容如下:（1）针对运载火箭贮箱箱底空间曲线搅拌摩擦焊的特点,对焊缝进行分析和抽象设并计了相关仿真实验,采用刚粘塑性有限元法建立了铝合金搅拌摩擦焊完全热力耦合模型,实现了一维/二维焊缝的仿真模拟;对不同位置、空间几何结构改变、焊接路径改变以及圆弧轨迹等的焊缝进行了力热物理场分析,结果显示,空间曲线焊缝对这些通常存在于焊接加工中的变化因素敏感,呈现出了不同力热现象。（2）对实验设计中的典型实验组进行了焊接工艺实验与力热测量。设计了一种热电偶嵌入搅拌头的温度测量方法,下压力的测量使用基于压电晶...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 搅拌摩擦焊工艺研究现状
1.2.2 搅拌摩擦焊温度场与力场研究现状
1.2.3 加工过程控制技术研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 空间曲线搅拌摩擦焊仿真研究
2.1 典型产品空间曲线结构分析
2.1.1 运载火箭贮箱箱底
2.1.2 工件材料
2.2 空间曲线搅拌摩擦焊的仿真建模
2.2.1 仿真软件选择
2.2.2 铝合金FSW刚粘塑性模型
2.2.3 传热控制模型
2.2.4 仿真流程
2.2.5 实验设计
2.3 一维焊缝搅拌摩擦焊仿真与力热分析
2.3.1 不同位置焊缝位置力热分析
2.3.2 空间几何结构改变焊缝的力热分析
2.4 二维焊缝搅拌摩擦焊仿真与力热分析
2.4.1 二维搅拌摩擦焊仿真运动描述
2.4.2 焊接路径改变的焊缝力热分析
2.4.3 圆弧轨迹焊缝力热分析
2.5 小结
第3章 搅拌摩擦焊工艺试验
3.1 焊接力/温度监测装置
3.1.1 基于红外的温度监测装置
3.1.2 基于热电偶的温度监测
3.1.3 焊接力传感器介绍
3.2 焊接实验设计
3.2.1 焊接装备
3.2.2 试件准备
3.3 焊接力热实验测量
3.3.1 焊接温度场测量结果
3.3.2 焊接下压力测量结果
3.4 力热相互作用分析
3.4.1 搅拌头作用力分析
3.4.2 FSW中的功热转换
3.4.3 力热耦合机制分析
3.5 焊缝表面形貌
3.5.1 不同位置的焊缝
3.5.2 路径改变的焊缝
3.5.3 圆弧焊缝
3.6 小结
第4章 空间曲线搅拌摩擦焊控制研究
4.1 搅拌摩擦焊过程控制方案对比
4.1.1 温度闭环控制
4.1.2 下压力闭环控制
4.1.3 力热联合控制
4.2 空间曲线焊缝下压力模型建立
4.2.1 下压力模型建立结构
4.2.2 下压力静态模型
4.2.3 下压力动态模型
4.3 下压力控制方法研究
4.3.1 控制算法比较
4.3.2 下压力的预测控制
4.3.3 焊接速度的同步指令调节
4.4 下压力控制测试
4.4.1 控制系统介绍
4.4.2 测试方案设计
4.4.3 测试结果分析
4.5 小结
第5章 总结与展望
5.1.1 总结
5.1.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天梦想之运载火箭[J]. 黑皮. 农村青少年科学探究. 2017(12)
[2]5A06铝合金搅拌摩擦焊温度场数值模拟[J]. 崔超,吴志生,柴斐,范祎欣. 焊接技术. 2017(03)
[3]6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析[J]. 肖毅华,张浩锋. 机械科学与技术. 2017(01)
[4]基于DEFORM软件模拟的铝合金挤压模具优化设计[J]. 田晓光. 铸造技术. 2016(06)
[5]西门子840Dsl的同步电动机转矩控制在搅拌摩擦焊中实现轴向力的恒定控制[J]. 蔡智亮,张华德. 制造技术与机床. 2016(06)
[6]铝合金型材搅拌摩擦焊的质量控制[J]. 龚煌辉. 焊接技术. 2015(10)
[7]搅拌摩擦焊下压力控制系统的开发及在模拟非刚性环境下的验证试验[J]. 李晗,史清宇,刘瞿,曹雄,朱宇灿. 机械工程学报. 2015(22)
[8]焊接监测与控制系统[J]. 刘芳,蔡春伟,孙清洁. 哈尔滨理工大学学报. 2015(04)
[9]搅拌摩擦焊搅拌头疲劳失效的模拟研究[J]. 姬书得,杨鹏,张利国,高双胜,马轶男. 北京理工大学学报. 2015(07)
[10]新型搅拌摩擦焊焊接力监测系统的设计[J]. 徐天天,王庆霞,杨建国,王寒,张华德. 制造技术与机床. 2015(02)
博士论文
[1]铝合金5083/镁合金AZ31异种金属搅拌摩擦搭接焊及连接机理研究[D]. 陈影.大连交通大学 2012
硕士论文
[1]搅拌摩擦焊隔热搅拌头研究[D]. 刘迪.浙江理工大学 2017
[2]搅拌摩擦焊焊接温度监测平台的开发[D]. 王寒.东华大学 2016
[3]6061铝合金搅拌摩擦焊温度场仿真及其焊接性能研究[D]. 周超.湖南大学 2014
[4]基于SIMOTION的搅拌摩擦焊接机控制系统设计[D]. 蔺俊强.重庆大学 2014
[5]铝合金超声辅助搅拌摩擦焊温度场模拟及工艺研究[D]. 孙侠.中南大学 2014
[6]搅拌摩擦焊接过程三维热流耦合模型研究[D]. 徐伟.南昌航空大学 2013
[7]6063-T5铝合金散热器的搅拌摩擦焊接仿真分析与工艺研究[D]. 汪建.中南大学 2012
[8]搅拌摩擦焊三向力和温度在线测试技术研究[D]. 王吉胜.南京航空航天大学 2012
[9]铝合金薄板搅拌摩擦焊残余应力及失稳变形的预测研究[D]. 付强.天津大学 2010
[10]钛合金搅拌摩擦焊工艺研究及温度场分析[D]. 赵强.西北工业大学 2007
本文编号：3074580
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 搅拌摩擦焊工艺研究现状
1.2.2 搅拌摩擦焊温度场与力场研究现状
1.2.3 加工过程控制技术研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 空间曲线搅拌摩擦焊仿真研究
2.1 典型产品空间曲线结构分析
2.1.1 运载火箭贮箱箱底
2.1.2 工件材料
2.2 空间曲线搅拌摩擦焊的仿真建模
2.2.1 仿真软件选择
2.2.2 铝合金FSW刚粘塑性模型
2.2.3 传热控制模型
2.2.4 仿真流程
2.2.5 实验设计
2.3 一维焊缝搅拌摩擦焊仿真与力热分析
2.3.1 不同位置焊缝位置力热分析
2.3.2 空间几何结构改变焊缝的力热分析
2.4 二维焊缝搅拌摩擦焊仿真与力热分析
2.4.1 二维搅拌摩擦焊仿真运动描述
2.4.2 焊接路径改变的焊缝力热分析
2.4.3 圆弧轨迹焊缝力热分析
2.5 小结
第3章 搅拌摩擦焊工艺试验
3.1 焊接力/温度监测装置
3.1.1 基于红外的温度监测装置
3.1.2 基于热电偶的温度监测
3.1.3 焊接力传感器介绍
3.2 焊接实验设计
3.2.1 焊接装备
3.2.2 试件准备
3.3 焊接力热实验测量
3.3.1 焊接温度场测量结果
3.3.2 焊接下压力测量结果
3.4 力热相互作用分析
3.4.1 搅拌头作用力分析
3.4.2 FSW中的功热转换
3.4.3 力热耦合机制分析
3.5 焊缝表面形貌
3.5.1 不同位置的焊缝
3.5.2 路径改变的焊缝
3.5.3 圆弧焊缝
3.6 小结
第4章 空间曲线搅拌摩擦焊控制研究
4.1 搅拌摩擦焊过程控制方案对比
4.1.1 温度闭环控制
4.1.2 下压力闭环控制
4.1.3 力热联合控制
4.2 空间曲线焊缝下压力模型建立
4.2.1 下压力模型建立结构
4.2.2 下压力静态模型
4.2.3 下压力动态模型
4.3 下压力控制方法研究
4.3.1 控制算法比较
4.3.2 下压力的预测控制
4.3.3 焊接速度的同步指令调节
4.4 下压力控制测试
4.4.1 控制系统介绍
4.4.2 测试方案设计
4.4.3 测试结果分析
4.5 小结
第5章 总结与展望
5.1.1 总结
5.1.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天梦想之运载火箭[J]. 黑皮. 农村青少年科学探究. 2017(12)
[2]5A06铝合金搅拌摩擦焊温度场数值模拟[J]. 崔超,吴志生,柴斐,范祎欣. 焊接技术. 2017(03)
[3]6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析[J]. 肖毅华,张浩锋. 机械科学与技术. 2017(01)
[4]基于DEFORM软件模拟的铝合金挤压模具优化设计[J]. 田晓光. 铸造技术. 2016(06)
[5]西门子840Dsl的同步电动机转矩控制在搅拌摩擦焊中实现轴向力的恒定控制[J]. 蔡智亮,张华德. 制造技术与机床. 2016(06)
[6]铝合金型材搅拌摩擦焊的质量控制[J]. 龚煌辉. 焊接技术. 2015(10)
[7]搅拌摩擦焊下压力控制系统的开发及在模拟非刚性环境下的验证试验[J]. 李晗,史清宇,刘瞿,曹雄,朱宇灿. 机械工程学报. 2015(22)
[8]焊接监测与控制系统[J]. 刘芳,蔡春伟,孙清洁. 哈尔滨理工大学学报. 2015(04)
[9]搅拌摩擦焊搅拌头疲劳失效的模拟研究[J]. 姬书得,杨鹏,张利国,高双胜,马轶男. 北京理工大学学报. 2015(07)
[10]新型搅拌摩擦焊焊接力监测系统的设计[J]. 徐天天,王庆霞,杨建国,王寒,张华德. 制造技术与机床. 2015(02)
博士论文
[1]铝合金5083/镁合金AZ31异种金属搅拌摩擦搭接焊及连接机理研究[D]. 陈影.大连交通大学 2012
硕士论文
[1]搅拌摩擦焊隔热搅拌头研究[D]. 刘迪.浙江理工大学 2017
[2]搅拌摩擦焊焊接温度监测平台的开发[D]. 王寒.东华大学 2016
[3]6061铝合金搅拌摩擦焊温度场仿真及其焊接性能研究[D]. 周超.湖南大学 2014
[4]基于SIMOTION的搅拌摩擦焊接机控制系统设计[D]. 蔺俊强.重庆大学 2014
[5]铝合金超声辅助搅拌摩擦焊温度场模拟及工艺研究[D]. 孙侠.中南大学 2014
[6]搅拌摩擦焊接过程三维热流耦合模型研究[D]. 徐伟.南昌航空大学 2013
[7]6063-T5铝合金散热器的搅拌摩擦焊接仿真分析与工艺研究[D]. 汪建.中南大学 2012
[8]搅拌摩擦焊三向力和温度在线测试技术研究[D]. 王吉胜.南京航空航天大学 2012
[9]铝合金薄板搅拌摩擦焊残余应力及失稳变形的预测研究[D]. 付强.天津大学 2010
[10]钛合金搅拌摩擦焊工艺研究及温度场分析[D]. 赵强.西北工业大学 2007
本文编号：3074580
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3074580.html
