基于COMSOL的攪拌摩擦焊熱場(chǎng)影響因素?cái)?shù)值計(jì)算.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，焊接作為工業(yè)制造的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，其水平的高低逐漸成為工業(yè)和科技發(fā)展程度的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。攪拌摩擦焊(FSW)的出現(xiàn)，為焊接技術(shù)領(lǐng)域帶來了一次新的革命，極大地改善了有色金屬的焊接狀況，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景，對(duì)推動(dòng)工業(yè)發(fā)展、創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益有著重要的作用。但攪拌摩擦焊技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間并不長(zhǎng)，還處在研究和發(fā)展完善階段，人們對(duì)其了解還存在一定的欠缺。焊接中的溫度及其分布對(duì)接頭性能有著最為直接的影響，通過多角度模

2、擬分析溫度場(chǎng)的分布狀況及特征來研究FSW可以對(duì)其有進(jìn)一步的了解。
　　本文以FSW為基礎(chǔ)，使用COMSOL Multiphysics軟件并采用有限元方法建立了三維模型，依次進(jìn)行了將焊接參數(shù)、工件材料、攪拌頭形狀作為變量的有限元模擬分析，得出這種情況下焊縫的溫度場(chǎng)及其等值面的分布特征，并對(duì)模型溫度及其接頭組織情況進(jìn)行了理論分析，發(fā)現(xiàn)了一些變化規(guī)律。
　　研究分析的主要結(jié)論如下：
　　(1)在FSW中，無論試驗(yàn)參數(shù)如何改變

3、，采用何種焊接材料以及采用何種形狀的攪拌頭，都存在焊前側(cè)的溫度場(chǎng)及其等值面的等溫區(qū)域面積均較焊后側(cè)大；焊接中的最高溫度均分布在攪拌頭與金屬組織相接處的表面上且僅出現(xiàn)在較小的區(qū)域或者點(diǎn)域內(nèi)；溫度隨著離開中心距離的增大而逐漸降低，距離焊接中心越遠(yuǎn)，溫度下降速度越慢，溫度梯度越小。
　　(2)在FSW實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，對(duì)于焊接速度、攪拌頭轉(zhuǎn)速和法向壓力三個(gè)參數(shù)，任意改變其中一個(gè)參數(shù)而將其它兩個(gè)參數(shù)設(shè)為定值時(shí)，接頭組織達(dá)到塑性狀態(tài)所需要的時(shí)間與參

4、數(shù)數(shù)值之間存在非線性正比關(guān)系；溫度場(chǎng)分布面積與參數(shù)數(shù)值之間存在非線性反比關(guān)系。
　　(3)焊接當(dāng)中在金屬材料達(dá)到塑性狀態(tài)前，接頭部分的溫度隨著焊接參數(shù)數(shù)值的增大而迅速升高；在接頭部分達(dá)到最高溫度后，溫度在一個(gè)較小的變化范圍內(nèi)波動(dòng)。
　　(4)不同材料進(jìn)行FSW時(shí)最優(yōu)的焊接工藝參數(shù)各不相同，在轉(zhuǎn)速、焊接速度、法向壓力三個(gè)焊接參數(shù)當(dāng)中轉(zhuǎn)速和焊接速度對(duì)最高溫度的影響較大，法向壓力對(duì)最高溫度的影響相對(duì)較小。
　　(5)采用Tr