攪拌摩擦焊接頭殘余應力數(shù)值模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊自上世紀90年代初發(fā)明以來，對多種不同材料的攪拌摩擦焊試驗研究已取得了巨大的進展，但是對攪拌摩擦焊工藝過程的計算機模擬直到最近幾年才逐漸興起。由于攪拌摩擦焊是一個溫度變化、組織結構轉(zhuǎn)變、應力應變和金屬流動四個因素相互作用的復雜過程，只有應用數(shù)值模擬技術才能有效分析其連接機理。
　　基于ANSYS有限元分析平臺，對攪拌摩擦焊過程的溫度場和殘余應力的分布進行了動態(tài)模擬，分析了焊接過程中不同時刻的溫度場分布、殘余應力應力場中不

2、同方向的殘余應力的變化以及焊件最終變形情況。計算結果與實測結果對比，二者基本吻合。
　　1.首先要建立三維熱模型進行溫度場分析，以得到焊接過程的溫度歷程。在溫度場的模擬過程中，只考慮了攪拌頭肩部和攪拌針與工件之間的摩擦生熱，建立了移動熱源。為了保證計算的準確性同時又減少計算量，實體模型在劃分網(wǎng)格時采用了非均勻網(wǎng)格方式。在計算過程中采用了隨溫度變化的熱物理性能，選擇了合理的焊接工藝參數(shù)和邊界條件。
　　2.將熱模型轉(zhuǎn)化為結構模

3、型，把得到的溫度場結果作為熱載荷施加到結構模型上進行殘余應力分析。在分析過程中采用了材料隨溫度變化的熱力學性能，施加了合理的邊界條件，考慮了攪拌頭對工件產(chǎn)生的隨熱源移動的約束條件，使模擬過程更符合實際情況。整個過程采用ANSYS有限元軟件來完成。結果表明，在焊縫及其熱影響區(qū)，縱向殘余應力為主要殘余應力，低于材料室溫的屈服強度，最大值在焊縫中心，而橫向應力相對較低，Z向應力水平很低，在零點附近上下波動，可以忽略。
　　綜上所述，本文