分析45钢线性摩擦焊接过程的数值分析

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1、第!"卷第#期焊%接%学%报6789!"%)79##$"$年#月&’()*(+&,-)*-.&/0+/,)(1023,)4,)*&,&5&,-).:;<=>J=KL0MN8OPOQ显式有限元分析软件，建立了线性摩擦焊接同质接头的二维计算模型，研究了线性摩擦焊接HF钢接头温度场、应力应变场、轴向缩短量和焊接后期接头的降温过程9结果表明，

2、焊接界面中心温度可在不到"K内骤升至B$$R，之后界面温度缓慢上升至@$$R左右，随着焊接过程的进行，焊接接头主要是温度场的均匀化、不断的轴向缩短和飞边的形成，随后接头经历了较快的降温过程9试验验证了计算模型的可靠性9关键词：线性摩擦焊；数值模拟；詹森A库克模型中图分类号：&4H$%%文献标识码：(%%文章编号：$#F!A!I$S（#$"$）$#A$$@"A$H陈%亮［F］$%序%%言性摩擦焊上的应用9王世伟等人早期也采用()Z*G*的隐式分析方法对2.1进行了温度场数值计线性摩擦焊接（8OT:>

3、X，2.1）是算，尽管模拟结果能定性地说明问题，但在很多方面一种优质、高效、节能与环保的固相焊接方法，在国还有待改进9防工业领域，尤其是整体叶盘制造中具有非常广阔文中通过(;>J=KL0MN8OPOQ显式有限元分析软的应用前景［"］9焊接时接头金属以塑性流动为主，件，对HF钢线性摩擦焊接过程进行了热力耦合的二界面处的温度变化和塑性变形情况取决于对工艺参维数值模拟，计算中采用了综合考虑应变、应变率和数的控制，从而影响接头的焊接质量9传统的工艺温度影响的E7[TK7TZ+77（詹森A库克）塑性材料模设计方法是通过多次试验和分析，

4、来获得合适的工型，研究了接头温度场、应力应变场和轴向缩短量等艺参数，这种方式一般工作量大、成本高、通用性差，的变化9因此数值模拟为研究接头温度场与接头界面金属的塑性流动提供了有效的手段9"%显式有限元计算模型的建立［#，!］6>O

5、应变率情况［!］，计算结果与试用二维模型可代替三维模型进行温度场计算，从而验有一定的相关性，但所用计算方法无法对接头变大大缩短计算时间，便于研究不同工艺参数对焊接形过程进行计算9过程中接头物理参量的影响9根据焊接同质接头变最近，&>7等人［H］采用30.-’Y软件对2.1形时的对称性，采用单个试件并附加一个刚性壁面&+H进行了热力耦合分析，采用的也是一种隐式方作为对偶件，以振动方向的中心截面为研究对象9法，所得计算温度与测量结果较吻合，但焊接过程中试件模型宽"C]]，长H$]]9网格划分时，将单个接头的高速运动和大变形限制了数

6、值模拟方法在线模型切割为两个部分进行网格划分，并采用梯度网格划分9离摩擦界面"$]]的厚度部分，单元尺寸收稿日期：#$$@A$BA$#$9F]]，采用缩减积分的热A力耦合四边形单元；基金项目：西北工业大学创新基金资助项目（#$$CDE$"$$F）；西北工其余部分采用渐变的三角形单元，计算模型见图"9业大学翱翔之星计划资助项目；教育部留学回国人员科#$&%边界条件与计算设置研启动基金资助项目（)@GD$$$!）；教育部新世纪优秀人才计划资助项目（)0+&A$BA$HI!）模型下端仅允许沿!方向位移，约束其它方向###!"焊#接#

7、学#报第$%卷图!"计算模型（##）$%&’!"(%#)*+,%-.#-/0*自由度，底面施加!方向压力载荷，刚性壁面仅允许沿"方向位移，进行一定振幅与频率的正弦模式运动&试件采用显式面’面接触，并采用有限滑移的动力接触算法，界面存在一定的摩擦系数，摩擦系数根据资料，仅取随温度变化&对于单一试件模型，设定摩擦热的()*传给试件，另外，基于高应变率条件下塑性变形产热经验，塑性变形的功热转换系数设为)&!，试件初始温度为室温"(+，作为初步计"算，侧面换热系数暂定为%)),-.·/&计算中所用到的材料参数有热物理性能与力学性能参数

8、，根据文献［0，1］取2(钢的密度13"2$45-.，弹性模量")0678，泊松比)&$，热导率与比热容受温度的影响较大，计算中根据实际随温度变［0］化&材料力学模型为综合考虑应变、应变率、温度影响的9:;<=:<>?::4塑性模型（简称9>?模型）&模型中本构参量引自文献［