基于MSC.Marc的摩擦叠焊面接触问题数值模拟

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1、万方数据第21卷第4期2008年12月石油化工高等学校学报JOURNALOFPETROCHEMICALUNIVERSITIESV01．21No．4Dec．2008文章编号：1006—396X(2008)04--0068--05基于MSC．Marc的摩擦叠焊面接触问题数值模拟陈家庆，焦向东，邱宗义，张宝生，陈忠海(北京石油化工学院海洋工程连接技术研究中心，北京102617)摘要：选用刚性平冲头与弹性半空间的经典面接触模型为研究对象，通过解析解与MSC．Marc有限元数值模拟结果的比较。确定了偏斜网格

2、以及3级有限元计算对已知接触区域面接触问题的可靠性。对于摩擦叠焊单元成形过程所涉及的基本弹性静力学面接触问题而言，接触面上的法向应力分布从中心向边缘以二次曲线的形式逐渐增大；金属棒直径、轴向外裁荷对接触面上法向应力的分布情况影响较大，而径向间隙、不同材料组合对其的影响相对较小。关键词：面接触；有限元；摩擦液柱成形；弹性静力学中图分类号：TG404；TBll5文献标识码：ANumericalSimulationontheSurface--ContactProblemofFriction—Stitch

3、—WeldingBasedonMSC．MarcCHENJia—qing，JIAOXiang—dong，QIUZong--yi，ZHANGBao—sheng，CHENZhong--hai(ResearchCentreofOffshoreEngineeringJoiningTechnology，BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology，Beijing102617，P．R．China)Received10April2008；revised23October200

4、8；accepted12November2008Abstract：Takingthesurface—contactmodelbetweenrigidflatpunchandelastichaif—spaceastheresearchsubject，andthroughcomparingtheresultsofanalyticalsolutionandnumericalsimulationbythefiniteelementmethod(FEM)softwareMSC．Marc，itisdeterm

5、inedthatthenon—uniformmeshingmethodandthethirdgradeFEMcalculationarereliableastothesurface--contactproblemwithdefinitecontactarea．Forthemostfundamentalsurface—contactprobleminvolvedwithfrictionhydropillarprocessinginfrictionstitchwelding，thenormalstre

6、ssonthecontactsurfaceincreasesquadraticallyfromcentertothemarginalside．ThediameterofthemetalstudandtheappliedexternalloadhasmoreinfluencetOthedistributionofnormalstressonthecontactsurface，whiletheinfluenceofradialclearance，thematerialcombinationbetwee

7、nthemetalstudandthepredrilledholearerelativelysmall．Keywords：Surfacecontact；Finiteelementmethod(FEM)；Frictionhydropillarprocessing(FHPP)fElasto—staticmechanicsCorrespondingauthor．Tel．：+86—10一81292291；fax：+86—10一81292291；e--mail．Jiaqing@bipt．edu．cn摩擦叠焊

8、是一种新型的材料固相连接成形技术，其基本单元过程是摩擦液柱成形(FrictionHydroPillarProcessing，FHPP)，如图l所示。首收稿日期：2008--04--10作者简介：陈家庆(1970一)，男，湖北宜昌市，教授，博士。基金项目：国家自然科学基金项目(50675022)；国家863计划海洋技术领域2006年度专题课题(2006AA092329)；2007年度北京市自然科学基金项目(3073017)。先在基体母材上预钻～个直径为9～17mm的孔，然后插入一根直