基于三维双塑性体摩擦副模型的惯性摩擦焊接热力耦合数值分析

发布时间：2023-08-09 18:12

　　作为一种优质高效的固相焊接技术,与连续驱动摩擦焊接相比,惯性摩擦焊接工艺在焊接质量、接头性能及材料工艺适应性等方面都有极大地提高,在航空航天领域特别是航空发动机转动部件的焊接制造方面有着独特的优势。热-力耦合是惯性摩擦焊接过程物理的核心问题,研究惯性摩擦焊接热力耦合对研究组织演变过程、优化焊接工艺从而获得高质量的接头具有重要意义。鉴于传统的研究方法“试错法”工作量大、研究成本高的不足,数值模拟技术已成为热加工领域特别是摩擦焊接方面重要的研究手段。受计算机处理能力和计算成本的限制,过去一般采用刚/塑性体摩擦副模型对惯性摩擦焊接模型进行简化处理。简化模型一定程度上可以加快计算速度、降低计算成本,但忽略了摩擦界面两侧工件的热力相互作用,很难反映摩擦焊接的物理本质。本文基于三维双塑性体摩擦副模型建立了惯性摩擦焊接过程热力耦合有限元模型。模型中两侧焊接工件均为弹塑性体介质,综合考虑了温度相关的热物性参数。基于热压缩模拟试验,建立了FGH96在高温大变形条件下的本构方程,并用于描述其惯性摩擦焊接过程中流动应力变化;基于经典库伦摩擦模型和与界面状态相关的摩擦系数数理模型建立了瞬态摩擦产热模型,并结合...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 摩擦焊接技术概述
    1.3 高温合金惯性摩擦焊接研究现状
    1.4 摩擦焊接数值模拟研究现状
        1.4.1 摩擦焊接数值模拟研究概况
        1.4.2 高温合金的惯性摩擦焊接数值模拟
    1.5 主要研究内容
第二章 热压缩模拟试验及本构方程的建立
    2.1 热压缩模拟试验
        2.1.1 试验设备
        2.1.2 试验方案与过程
        2.1.3 试验结果
    2.2 本构方程的建立
        2.2.1 本构方程简介
        2.2.2 修正Arrhenius本构方程的建立
        2.2.3 本构方程的验证
    2.3 本章小结
第三章 惯性摩擦焊接工艺试验基础数据采集
    3.1 惯性摩擦焊接试验材料、设备
        3.1.1 惯性摩擦焊接试验材料
        3.1.2 惯性摩擦焊接试验设备
    3.2 惯性摩擦焊接工艺过程
    3.3 惯性摩擦焊接过程温度检测
        3.3.1 惯性摩擦焊接测温过程
        3.3.2 惯性摩擦焊接测温曲线
    3.4 惯性摩擦焊接接头形貌
    3.5 本章小结
第四章 双塑性体摩擦副的惯性摩擦焊接数值模型与试验验证
    4.1 惯性摩擦焊接数值模型的建立
        4.1.1 数学建模
        4.1.2 热源模型与边界条件的设定
        4.1.3 材料性能参数的设定
        4.1.4 几何建模与网格划分
    4.2 三维双塑性体模型的优势
    4.3 模型可靠性验证
        4.3.1 基于特征点温度的模型验证
        4.3.2 基于飞边成形及变形量的模型验证
    4.4 本章小结
第五章 GH4169惯性摩擦焊接数值模拟结果分析
    5.1 焊接过程能量转化
        5.1.1 转速和扭矩演变对热流密度的影响
        5.1.2 塑性变形对产热的影响
    5.2 温度场
        5.2.1 温度场空间分布
        5.2.2 特征点焊接热循环
    5.3 塑性流变场
        5.3.1 瞬态环向/径向塑性流变速度场
        5.3.2 塑性流变场演变
    5.4 应力应变场
        5.4.1 焊接过程应力演变
        5.4.2 焊后冷却阶段应力演变
        5.4.3 塑性应变场
    5.5 本章小结
第六章 异种高温合金惯性摩擦焊接热力耦合数值分析
    6.1 GH4169/FGH96惯性摩擦焊接参量提取及模型验证
    6.2 GH4169/FGH96惯性摩擦焊接温度场
    6.3 GH4169/FGH96惯性摩擦焊接应力应变场
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3840716