7022鋁合金攪拌摩擦焊接過程有限元仿真研究.pdf

1、攪拌摩擦焊作為一種新型固態(tài)焊接技術(shù)，在鋁及其合金的焊接上有著諸多優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。本文以高強(qiáng)度鋁合金7022為研究對象，結(jié)合實驗開展其攪拌摩擦焊接過程有限元仿真研究，主要研究工作和取得的成果如下：
　　1.基于攪拌摩擦焊接過程不同階段的劃分和相對應(yīng)的熱輸入模型，建立了焊接全過程的溫度場有限元分析模型。通過對焊接全過程溫度場進(jìn)行仿真分析，得到了焊接各個階段的溫度分布。比較有限元模型和實驗測量結(jié)果，驗證了熱輸入模型和溫

2、度場模型的有效性。并在此基礎(chǔ)上，分析了預(yù)熱時間對焊接過程的影響。
　　2.基于計算流體動力學(xué)理論，建立了攪拌摩擦焊接過程熱流耦合模型，同時對焊接過程傳熱和金屬塑性流動進(jìn)行了仿真分析，得到了焊接過程溫度場和三維流場。仿真結(jié)果表明，相比較攪拌頭的進(jìn)給速度，攪拌頭轉(zhuǎn)速對促進(jìn)其周圍塑性金屬流動效果明顯。同時表明與純流場模型相比，熱流耦合模型顯示金屬流動性較充分。最后觀察了接頭宏觀組織形貌，借助前進(jìn)側(cè)和返回側(cè)材料變形紋路間接驗證了仿真得到的

3、塑性流動結(jié)果。
　　3.在溫度場研究基礎(chǔ)上，對焊接過程進(jìn)行了熱力耦合仿真分析，獲得了焊接應(yīng)力場和應(yīng)力變化曲線，以及焊后殘余應(yīng)力和變形一般規(guī)律：①殘余應(yīng)力主要集中在焊縫區(qū)域，且縱向殘余應(yīng)力較大。在垂直焊縫方向，縱向殘余應(yīng)力分布曲線呈M形；在沿焊縫方向，縱向殘余應(yīng)力呈拋物線分布。②焊接變形主要趨勢為角變形，即在沿寬度方向上的Z向變形較明顯，主要趨勢是向下凹。
　　4.對帶孔鋁合金板進(jìn)行了焊接應(yīng)力和變形進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而對焊接順序