平板焊接变形对铝合金搅拌摩擦焊加筋板轴压稳定性能的影响

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1、第46卷第6期2014年12月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&Astronautics平板焊接变形对铝合金搅拌摩擦焊加筋板轴压稳定性能的影响邵青何宇廷张腾冯宇(空军工程大学航空航天工程学院，西安，710038)V01．46No．6Dec．2014摘要：对搅拌摩擦焊加筋板筋条间平板的焊接几何变形形式进行了简化，参考Paik等人的统计分析结果给出了几何变形的幅值；采用有限元方法对结构的轴向压缩稳定性能进行数值计算，得到不同的几何变形形式对结构屈曲失

2、稳和承栽能力的影响，并分析了侧边支持条件对计算结果的影响。计算分析表明，总体上，文中定义的平板几何变形会使加筋板结构的一阶屈曲载荷增大，但会在一定程度上降低结构的承载能力；变形形式会影响结构的屈曲模态、屈曲栽荷以及承载能力。关键词：搅拌摩擦焊；加筋板；几何变形；稳定性；有限元方法中图分类号：V214．4文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)06一0963一06InnuenceofWeld—InducedPlateDistortiononCompressiVeStabilityPerformanc

3、eofFrictionStirWeldedAluminumAlloyStiffenedPanelS^口oQi咒g，HP'么￡i卵g，(AeronauticsandAstronauticsEngineeringCollege，AirZ矗口咒gTe行g，FP729YkForceEngineeringUniversity，Xi’an，710038，China)Abstract：Weld—inducedgeometricdistortionofplatebetweenthestiffenersoffrictionsti

4、rwelded(FSW)stiffenedpanelisidealized．TheplatedistortionmagnitudeisdefinedaccordingtothestatisticaldatafromPaik’sanalysisresults．Bytheuseoffiniteelementmethod(FEM)，thestab订ityperformanceofFSWstiffenedpanelsubjectedto10ngitudinalcompressioniscalculatedandthee

5、ffectsofplatedistortionshapesandboundaryconditionsonthestabilityperformanceofthestructureareanalyzed．Calculationresultsshowthat，ingeneral，theplategeometricdistortionpresentedinthisworkincreasesthecriticalbucklingloadbutreducestheultimatestrengthofthestructur

6、e．Theplatedistortionshapeaffectsthebucklingmodeandbucklingloadaswellastheultimatestrengthofthestructure．Keywords：frictionstirweld；stiffenedpanel；geometricdistortion；stability；fimiteelementmethod搅拌摩擦焊(Frictionstirweld，FSW)作为一种新型的固相连接技术在航空铝合金的焊接方面显示出了较大的优势。加筋板

7、结构是飞机机翼、机身以及尾翼的主要结构，与传统的铆接／螺接连接工艺相比，采用搅拌摩擦焊可显著减轻加筋板结构的重量，降低加工成本[1]。然而，焊接过程不可避免地会引起结构产生一定程度的残余应力和几何变形等初始缺陷，并会引起焊接区材料性能的退化。为此，国外学者和机构对搅拌摩擦焊加筋薄壁结构的初始缺陷问题进行了一定的理论和试验研究。Yoon等[2]研究了焊接几何变形幅值和焊接区材料强度降低对搅拌摩擦焊整体加筋板屈曲性能的影响；Paik等[33通过试验测量了不同构型的铝合金搅拌摩擦焊加筋板的收稿日期：2013—12—2

8、4；修订日期：2014一04一03通信作者：何宇廷，男，教授，博士生导师，E-mail：hyt666@tom．com。964南京航空航天大学学报第46卷残余应力分布、几何变形及焊接区材料强度，对结构的屈曲和后屈曲性能进行了试验及数值仿真研究，并将结果与熔焊加筋板的性能进行了对比；Murphy等卧书]通过试验和仿真方法研究了不同形式的焊接缺陷对加筋板稳定性能的影响程度，并改进了飞机搅拌摩