线性摩擦焊接过程三维热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元方法，建立了线性摩擦焊接过程三维弹塑性有限元计算模型，综合考虑了异种材料线性摩擦焊接成型过程的几何非线性、材料非线性和摩擦界面接触非经性行为，着重分析了摩擦焊接过程中的不同产热机制及转化规律，直接由焊件材料的性能参数及设定的焊接规范参数对线性摩擦焊接过程的焊接参数、物理参量场的变化规律进行了数值模拟，得到了线性摩擦焊接过程中的温度场和应力场变化规律。为整体叶盘线笥摩擦焊接制造技术的发展提供理论基础。     

焊接瞬态温度场的边界元计算

采用边界单元法对薄板焊接瞬态温度场进行了计算，算例表明了边界单元法解决该问题的有效性和适应性，在焊接过程中，即使当焊件较小时也形成准稳态温度场。为计算机模拟焊接热过程提供了新的数值分析的手段。     

6082-T6铝合金薄板双轴肩搅拌摩擦焊温度场

采用热电偶对4 mm厚6082-T6铝合金薄板双轴肩搅拌摩擦焊不同工艺焊接过程中各特征点的温度进行测定,绘制各点的热循环曲线,分析焊接过程中接头各区域温度场分布特征。研究表明:6082-T6铝合金薄板双轴肩搅拌摩擦焊时,后退侧各点的峰值温度均高于前进侧,温度差值在20℃左右;当热影响区温度超过250℃时出现β'相溶解,硬度开始呈现下降趋势;焊速不变、转速增大时,热输入量呈先增大后减小的趋势,在转速为1000 r/min时各测温点温度均达到最大值,当转速为1200 r/min时出现下降;转速不变、焊速增大时,单位热输入量降低,前进侧与后退侧的峰值温度差值由小变大,温度场250℃等温线分布宽度明显缩小。     

1060铝板搅拌摩擦焊工艺参数与接头力学性能间的关系

为研究3 mm厚1060铝板的搅拌摩擦焊工艺参数和接头力学性能之间的关系,使用经典函数关系式对焊接温度、晶粒大小和力学性能数据进行拟合。首先对厚度为3 mm的1060铝板进行搅拌摩擦焊试验,焊接过程中采用热电偶测量温度,然后利用显微镜分析接头组织形貌,最后对接头试样进行拉伸试验和硬度试验,并用扫描电镜分析断口特征。研究表明:焊接温度随搅拌头转速增大而提高,随焊接速度增大而降低,并且和搅拌头转速平方与焊接速度之比的0.168次方呈线性关系;焊接温度和焊核区的Zener-Hollomon数值的对数与焊核区晶粒大小的对数呈线性关系;焊核区晶粒大小与接头屈服强度符合Hall-Petch公式;硬度分布呈"W"形;断口主要呈韧性断裂。该研究结果可为搅拌摩擦焊生产工艺制定提供理论支撑。     

真空电阻凸焊温度场有限元分析

凸焊过程中凸焊筋的温度分布直接影响凸焊筋的压溃过程,从而影响最终的焊接质量.基于ANSYS 有限元分析软件,建立了用于真空电阻凸焊瞬态热过程分析的电热耦合有限元模型,分析了真空电阻凸焊的热电耦合过程,得到了焊接过程的热历程以及焊件各部位的温度分布,分析中考虑了随温度变化的材料特性参数、相变问题等.在此基础上分析了不同凸焊筋距离的双凸焊筋结构的温度场分布,得出凸焊筋距离对温度场分布的影响,为MEMS元件凸焊封装外壳的优化设计提供理论依据.     

真空电阻凸焊温度场有限元分析

凸焊过程中凸焊筋的温度分布直接影响凸焊筋的压溃过程,从而影响最终的焊接质量．基于ANSYS有限元分析软件,建立了用于真空电阻凸焊瞬态热过程分析的电热耦合有限元模型,分析了真空电阻凸焊的热电耦合过程,得到了焊接过程的热历程以及焊件各部位的温度分布,分析中考虑了随温度变化的材料特性参数、相变问题等．在此基础上分析了不同凸焊筋距离的双凸焊筋结构的温度场分布,得出凸焊筋距离对温度场分布的影响,为MEMS元件凸焊封装外壳的优化设计提供理论依据．     

Review: Progress and Trends in Ultrasonic Vibration Assisted Friction Stir Welding

综述：超声振动辅助搅拌摩擦焊接的研究进展与发展动向

Najib Ahmad Muhammad, 武传松, Girish Kumar Padhy

（山东大学 材料连接技术研究所,济南 250061）

创新点说明：

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有焊接质量高、成本低、环境友好等许多优点,已经应用于航空、航天、造船、高速列车等领域。由于这种焊接技术依靠搅拌头与材料的摩擦产热和材料塑性变形时的粘性耗散产热来软化焊接区材料形成连接,因此,焊接时需要很大的转矩、轴向压力和水平进给力。有研究者通过辅加热能来解决这一问题,但也受到了各种因素的局限。而超声振动能量作为机械能,在辅助搅拌摩擦焊接、解决上述问题方面有很大优势。

本文评述了当前超声振动辅助搅拌摩擦焊工艺的研究进展,介绍了国内外近期研发的超声振动施加方式及相应的实施效果。作者课题组直接将超声振动通过工具头施加在搅拌头前方待焊工件上,研发出超声振动强化搅拌摩擦焊UVeFSW新工艺。实验研究发现,UVeFSW能改善焊缝成形、减少缺陷尺寸、降低焊接载荷、提高焊接速度、细化焊核区和热力影响区的晶粒组织。该文分析了各种超声施加方式的优缺点,为超声振动辅助搅拌摩擦焊的进一步研发提供参考。

关键词：搅拌摩擦焊;超声振动辅助搅拌摩擦焊;声致软化效应;焊接载荷;加热历程;材料流;微观结构;机械性能

     

电子束焊温度场的研究现状与发展趋势

电子束焊接作为一种高能束加工方法 ,在生产应用中具有重要地位。电子束焊温度场决定了焊接应力场和应变场 ,是影响焊接质量和生产率的主要因素。介绍了电子束焊温度场模型 ,在分析了点热源、线热源模型的基础上 ,指出点热源模型仍是研究焊接温度场的基础 ,同时介绍了其它几种考虑电子束小孔效应的温度场模型。讨论了计算温度场的热源模式 ,给出以高斯函数分布和双椭圆体能量密度分布的两种热源模式。列举了热物理参数、相变潜热、熔池流动等影响温度场的因素。认为基于解析解法的复杂性和计算机的飞速发展 ,数值解法将在温度场研究中发挥更加重要的作用     

Q345钢摩擦叠焊焊接初始阶段数值分析

基于ABAQUS/Explicit有限元分析软件建立了Q345钢摩擦叠焊焊接同质材料的三维计算模型。采用ALE adaptive meshing技术预防网格畸变问题,分析了摩擦叠焊焊接Q345钢接头的温度场、轴向缩短量的变化。结果表明,焊接界面中心温度大约在2.0 s内迅速升到140℃左右,之后温度缓慢波动,接头温度渐趋于均匀,摩擦界面处金属开始发生塑性变形并被挤出形成翻边,轴向缩短量增加。     

焊接工艺对波形钢腹板焊接细节残余应力的影响

为得到一种较优的波形钢腹板-翼缘板焊件焊接工艺,以头道河大桥为工程背景,采用ABAQUS建立了3种不同加载工况下的焊接数值计算模型,得到了焊接过程中焊件的温度场变化,并对比了单面焊件在不同焊接顺序下的纵向残余应力分布,分析了单面焊件和双面焊件在折角区域焊缝的纵向残余应力分布,考虑了变截面对关键细节纵向残余应力的影响.结...     

F湖声场简正波建模

近年来，已发展了水声场建模的多种算法，不同模型分别适用于不同的场合，在特定环境下，对不同的距离范围，不同的频率范围，各模型有不同的计算效率和不同的计算精度。中简要介绍了F湖的声学环境，讨论了F湖典型环境条件下的简正波建模问题，并计算了典型水条件下的传播损失。     

强电场中LY12CZ合金摩擦焊缝金属变形行为研究

通过测定摩擦焊接过程参数和焊接接头的焊合区及扭转塑变区的测量,推导了电场作用下LY12CZ合金摩擦焊接过程中,初始动态再结晶的热变形条件方程式和准稳定摩擦阶段焊合区金属的塑性流动方程.结果表明随着摩擦界面温度升高、相对旋转速率降低和外加电场强度的增加,产生初始动态再结晶的临界流变应力降低;随着外加电场强度的增大,LY12CZ合金摩擦焊缝金属的应变速率敏感性指数m增大,但在本实验条件下,当电场强度E>522 V/mm时的m值有所降低;LY12CZ合金摩擦焊缝金属发生塑性变形的变形表观激活能随外加电场强度的增大而降低.     

钼粉末合金与模具钢磨擦焊接组织特征分析

采用微观组织分析、硬度测试以及电子探针线分析等方法,对得合热项头材料TZM钼基粉末合金与H11模具钢的磨擦焊接性进行了研究,探讨了焊接规范对接头组织、硬度以及扩散层厚度的影响。结果表明,这两种材料在磨擦焊接过程中存在着磨擦面向H11模具钢侧转移的现象,这主要与两磨擦副在耐磨性和高温强度方面的差异有关;且磨擦焊接过程中的热力耦合作用有利于近缝区晶粒细化,以及TZM粉末合金中孔隙的闭合;此外,采用强焊接规范可获得良好、无缺陷的磨擦焊接头。     

固体/液体火箭发动机环境下3D C/SiC喉衬烧蚀性能实验

分别使用固体和液体火箭发动机实验系统对C/SiC陶瓷基复合材料的烧蚀性能进行了考核实验,主要研究了烧蚀时间、粒子和温度对材料烧蚀性能的影响。实验结果表明:随着烧蚀时间加长,材料烧蚀性能有明显下降趋势;温度高于2 973 K时,烧蚀明显加剧,且温度越高烧蚀越严重;强氧化燃气环境下,大量的H2O加剧了材料的热化学烧蚀。     

基于有限元计算细观力学的复合材料宏观性能的一体化预测

基于有限元计算细观力学理论,以MSC.PATRAN为平台,利用PCL实现了RVE的参数化自动建模,建立了RVE库。并根据不同的细观力学方法,通过在后台对RVE边界条件的设置及有限元计算,集成了相应的计算程序,从而实现了复合材料宏观性能的一体化预测。最后,以单向复合材料的宏观弹性模量预测为例,展示了一体化预测系统。     

Parametric optimization of friction stir welding process of age hardenable aluminum alloys-ANFIS modeling

A comparative approach was performed between the response surface method(RSM) and the adaptive neuro-fuzzy inference system(ANFIS) to enhance the tensile properties, including the ultimate tensile strength and the tensile elongation, of friction stir welded age hardenable AA6061 and AA2024 aluminum alloys. The effects of the welding parameters, namely the tool rotational speed, welding speed, axial load and pin profile, on the ultimate tensile strength and the tensile elongation were analyzed using a three-level, four-factor Box-Behnken experimental design. The developed design was utilized to train the ANFIS models. The predictive capabilities of RSM and ANFIS were compared based on the root mean square error, the mean absolute error, and the correlation coefficient based on the obtained data set. The results demonstrate that the developed ANFIS models are more effective than the RSM model.     

基于FLUENT的铝合金搅拌摩擦焊流动场模拟

搅拌摩擦焊的流动场是一个不可压缩的粘性流场.结合LY16搅拌摩擦焊的流动场特征,采用建模软件GAMBIT建立了流场的有限元模型,并进行求解得到搅拌摩擦焊的流动场.     

回转体局部空泡流的数值分析

通过在回转体和空泡表面分布源汇的方法，建立了求解回转体局部空泡流场的数值方法。依据建立的数学模型与数值方法，对两种具有典型头部线型的回转体局部空泡绕流场进行了数值计算。在数值计算过程中发现第一次迭代所得结果和最终的收敛结果相比误差仅为5％，并把计算结果与有关献的实测数据进行了比较，发现计算结果与实测数据十分接近。     

叶片精锻三维刚粘塑性有限元模拟系统的研究

叶片精锻是叶片锻造的发展趋势，但由于叶片形状复杂，所用材料难变形，实际生产中不得不进行反复试制，造成很大浪费。计算机技术的飞速发展，使得采用三维有限元数值模拟技术模拟叶片精锻过程成为可能。为此，在解决三维有限元模拟关键技术问题的基础上，自行开发了面向叶片精锻过程的三维刚粘塑性有限元模拟分析系统3D—PFS。系统的可靠性得到了以塑泥为模拟材料的物理模拟试验的验证。对不同类型叶片精锻过程的进一步模拟分析，结果表明：3D—PFS是模拟分析叶片精锻过程可靠的工具。该研究对提高叶片锻造工艺的研究水平及发展叶片精锻理论具有重要意义。