对于材料流动轨迹的搅拌摩擦焊接晶粒及焊接区大小预测模型

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1、学兔兔www.xuetutu.com第51卷第2期机械工程学报VO1．51No．22015年1月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan．2015DoI：10．3901／JME．2015．O2．043基于材料流动轨迹的搅拌摩擦焊接晶粒及焊接区大小预测模型木张昭，2吴奇，2(1．大连理工大学工程力学系大连116024；2．大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连1160241摘要：通过热力耦合模型模拟搅拌摩擦焊接过程中的材料行为，并基于材料的运动轨迹区分焊接区域中的搅拌区和热力影响

2、区。给出热力影响区和搅拌区边界处流动轨迹上的真实应变率和温度历史曲线，进一步计算Zener-Holloman参数和搅拌区内的晶粒大小，通过与已有文献的对比验证计算结果的准确性。结果显示尽管应变率分布不均匀，均匀分布的温度使lgZ在搅拌区内均匀分布，这说明温度对搅拌区内晶粒大小变化的影响较应变率更为明显。绕针运动的物质点的应变率明显高于其他运动轨迹上的物质点的应变率，可以达到22s_。通过对不同材料流动行为的跟踪可以确定搅拌区和热力影响区的边界。搅拌区晶粒随搅拌头轴肩的增大而增大，且搅拌区尺寸随搅拌头轴肩的增大而

3、增大。较小的搅拌头会使搅拌区的区域变小。关键词：搅拌摩擦焊接；完全热力耦合模型；流动轨迹；晶粒尺寸中图分类号：TG402ComputationalModelforPredictionsonWeldingZonesandGrainSizesBasedontheFlowTraceinFrictionStirWeldingZHANGZhao，WUQi，(1．DepartmentofEngineeringMechanics，DalianUniversityofTechnology,Dalian116024；2．Stat

4、eKeyLaboratoryofStructuralAnalysisforIndustrialEquipment，DalianUniversityofTechnology,Dalian116024)Abstract：Coupledthermo．mechanicalmodeliSusedtosimulatethematerialflowinfrictionstirwelding(FSW)Theflowtracesarestudiedforthedeterminationofthestirringzone(SZ)a

5、ndthethermo．mechanicalaffectedzone(TMAZ)．ThehistoriesofthetruestrainrateandthetemperatureontheboundariesoftheSZandtheTMAZaregiventocalculatetheZener-Hollomanparameterandthegrainsizes．Thecomparisontothedatainpublishedliteratureshowsthevalidityofthecurrentmode

6、1．ResultsindicatethatunifornltemperatureCanleadtounifornl1gzintheSZ，althoughthedistributionofthestrainrateisnotuniform．Thismeansthattheeffectoftemperatureonthegrainsizesismuchmoreimportantthantheeffectofthestrmnrate．Thestrainratesofthematerialparticlesinrota

7、tionwithpinCanreach22S-．TheboundariesoftheSZandTMAZCanbedeterminedbythediferentmaterialflowrulesofdiferenttracedparticles．TheSZandthegrainsizesarebothincreasedwiththeincreaseoftheshoulderdiameter．SmallershoulderCanleadtosmallerSZ．Keywords：fricitonstirwelding

8、：coupledthermo-meohanicalmodel；flowtrace；grainsize这一工艺已有大量的数值和试验研究工作。数值模0前言拟工作主要集中在对搅拌摩擦焊接机理问题的研究，包括材料流动行为L1J、焊接温升机理J、焊搅拌摩擦焊接已经提出了20余年，目前针对后残余状态[6-71等。焊接参数的变化会影响焊接过程中的温度变+国家自然科学基金(11172057)、中央高校