空间曲线搅拌摩擦焊力热综合分析与控制

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1、学校代码：10255学号：2160741空间曲线搅拌摩擦焊力热综合分析与控制COMPREHENSIVETHERMALFORCEANALYSISANDCONTROLOFFRICTIONSTIRWELDINGOFSPATIALCURVE学科专业：机械工程作者姓名：丁毅指导教师：王庆霞副教授答辩日期：2018年5月22日东华大学丁毅硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注上海航天设备制造刘晓高级工程师答辩委员会主席总厂有限公司李蓓智教授答辩委员会委员东华大学胡俊教授答辩委员会委员东华大学陈晓川教授答辩委员会委员东华大学周虎副教授答辩委员会委员东华大学吴重军讲师答辩委员

2、会秘书东华大学东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有

3、关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日东华大学硕士学位论文摘要空间曲线搅拌摩擦焊力热综合分析与控制摘要搅拌摩擦焊（Frictionstirwelding,简称FSW）作为一种新型固态焊接工艺，其焊接接头质量好，可实现单面一次焊透，加工无需保护气体，近年来已应用到运载火箭贮箱箱底的制造。然而，由于箱底空间曲线焊接的结构特殊性，焊接力热的不稳定会影响焊缝质量，已经成为一个亟待解决的工程问题。本文针对不同焊缝的特点，将其抽象为具体问题采

4、用仿真和物理实验的方法系统分析了焊接过程中的力热物理场，在此基础上，提出了基于广义预测算法的下压力控制方案，并通过仿真实验对比了有无控制下的下压力变化情况。本文的主要研究内容如下：（1）针对运载火箭贮箱箱底空间曲线搅拌摩擦焊的特点，对焊缝进行分析和抽象设并计了相关仿真实验，采用刚粘塑性有限元法建立了铝合金搅拌摩擦焊完全热力耦合模型，实现了一维/二维焊缝的仿真模拟；对不同位置、空间几何结构改变、焊接路径改变以及圆弧轨迹等的焊缝进行了力热物理场分析，结果显示，空间曲线焊缝对这些通常存在于焊接加工中的变化因素敏感，呈现出了不同力热现象。（2）对实验设计中的典型实验组进行了焊接工艺实

5、验与力热测量。设计了一种热电偶嵌入搅拌头的温度测量方法，下压力的测量使用基于压电晶体的刀柄式力传感器，使用热像仪测量工件暴露在空气I东华大学硕士学位论文摘要表面的温度，验证了仿真实验的准确性。从搅拌头受力和焊接过程功热转换的角度，揭示了焊接力热平衡作用和力热作用机制。通过对焊后接头的表面质量进行观察和对比，分析了焊接力热对于焊接质量的影响。（3）最后从提高空间曲线焊缝焊接质量的角度出发，通过对比不同控制策略确定了基于焊接速度调整的下压力控制策略，建立了块结构化下压力模型及其在不同工况下的修正模型，提出了基于广义预测算法的下压力控制方案，实验测试证明，这种下压力控制方法具有很好

6、的控制精度和实时性。关键字：搅拌摩擦焊，数值模拟，热力耦合，下压力控制II东华大学硕士学位论文ABSTRACTCOMPREHENSIVETHERMALFORCEANALYSISANDCONTROLOFFRICTIONSTIRWELDINGOFSPATIALCURVEABSTRACTFrictionstirwelding(FSW)isanewtypeofsolidweldingprocess.Itsweldingjointsareofgoodqualityandcanachieveone-timepenetrationononeside.Noshieldinggasisneed

7、edforprocessing.Inrecentyears,Frictionstirwelding(FSW)hasbeenappliedtothemanufactureofcarriertankbottoms.However,duetothestructuralspecialityoftheweldingcurveinthebottomofthebox,theinstabilityoftheweldingheatwillaffecttheweldquality,whichhasbecomeanengin