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焊接数值模拟中以温度为控制变量的高效算法

焊接学报 2009年第8期30卷 77-80页

作者：鄢东洋史清宇吴爱萍 silvanus juergen 清华大学机械工程系北京100084 EADS Company Innovation Works Munich 81663

对焊接数值模拟中的各种加速计算方法进行了细致研究,并在分段热源法的基础上提出了温度函数法.和分段热源法相比较,温度函数法将焊接数值模拟中的控制变量由热量转变为温度,增加了焊接温度场的可控制性,并提高了模拟温度场在模型宽度... 详细信息

对焊接数值模拟中的各种加速计算方法进行了细致研究,并在分段热源法的基础上提出了温度函数法.和分段热源法相比较,温度函数法将焊接数值模拟中的控制变量由热量转变为温度,增加了焊接温度场的可控制性,并提高了模拟温度场在模型宽度和厚度方向与实际焊接温度场的一致性.文中通过铝合金薄板搅拌摩擦对焊的模型对温度函数法进行验证.结果表明,温度函数法得到的残余应力和变形结果与移动热源方法得到的结果具有一致性,并且和实际试验测量结果吻合,计算效率有大幅度的提高,能够达到工程应用的需要.

关键词：焊接数值模拟快速计算分段热源

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搅拌摩擦焊中工艺参数对扭矩的影响

焊接学报 2010年第12期31卷 13-16页

作者：鄢东洋史清宇吴爱萍 silvanus juergen 清华大学机械工程系北京100084 EADS Company Innovation Works Germany Munich 81663

通过在6056—T6的铝合金薄板上设计不同旋转频率、不同下压量的搅拌摩擦点焊试验,测量焊接过程中的搅拌头扭矩、下压作用力和试板温度曲线来研究焊接工艺参数对扭矩的影响.结果表明,在旋转频率相同而下压量不同的试验中,搅拌头扭矩随下... 详细信息

通过在6056—T6的铝合金薄板上设计不同旋转频率、不同下压量的搅拌摩擦点焊试验,测量焊接过程中的搅拌头扭矩、下压作用力和试板温度曲线来研究焊接工艺参数对扭矩的影响.结果表明,在旋转频率相同而下压量不同的试验中,搅拌头扭矩随下压作用力增大而增大,而引起扭矩增大的最主要原因是下压作用力使搅拌区材料的力学性能发生了改变;在下压量相同而旋转频率不同的焊接试验中,搅拌头扭矩随旋转频率升高而减小,但扭矩和旋转频率的乘积(即焊接热输入功率)却随旋转频率升高而增大,分析认为旋转频率通过温度和材料的应变速率两个途径对搅拌头扭矩产生了影响,而温度的影响作用更显著.

关键词：搅拌摩擦焊扭矩下压作用力旋转频率生热

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搅拌摩擦焊接过程的试验测量及分析

焊接学报 2010年第2期31卷 67-70页

作者：鄢东洋史清宇吴爱萍 juergen silvanus 刘园清华大学机械工程系北京100084 EADS Company Innovation Works Munich 81663

通过设计一系列搅拌摩擦焊接试验,详细测量和分析焊接温度场分布、搅拌头机械载荷、残余应力和残余变形.试验发现,搅拌摩擦焊的温度测量结果的准确性取决于采样频率和热电偶的定位方法;搅拌头的机械载荷主要表现为下压力和扭矩,它们在... 详细信息

通过设计一系列搅拌摩擦焊接试验,详细测量和分析焊接温度场分布、搅拌头机械载荷、残余应力和残余变形.试验发现,搅拌摩擦焊的温度测量结果的准确性取决于采样频率和热电偶的定位方法;搅拌头的机械载荷主要表现为下压力和扭矩,它们在准稳态焊接的条件下会保持稳定,但取值随焊接参数的变化而发生相应变化;焊接残余应力的主要成分是纵向应力,焊缝区域内呈现较高水平的拉应力,分布呈不对称的双峰特征;薄板的焊接变形具有马鞍形和反马鞍形两种形态,且变形程度受到薄板尺寸、旋转频率和焊接速度的影响.

关键词：搅拌摩擦焊温度场搅拌头机械载荷残余应力残余变形

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铝合金薄板搅拌摩擦焊接残余变形的数值分析

金属学报 2009年第2期45卷 183-188页

作者：鄢东洋史清宇吴爱萍 juergen silvanus 刘园张增磊清华大学机械工程系 European Aeronautic Defence and Space Company Innovation Works Munich 81663Germany

大尺寸6056铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接实验后出现了严重的面外变形,虽然变形程度小于熔化焊结果,但已经影响到被焊薄板的装配和使用.为详细研究和预测铝合金薄板在搅拌摩擦焊后的残余变形,以焊接实验条件为基础,建立了搅拌摩擦焊接三... 详细信息

大尺寸6056铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接实验后出现了严重的面外变形,虽然变形程度小于熔化焊结果,但已经影响到被焊薄板的装配和使用.为详细研究和预测铝合金薄板在搅拌摩擦焊后的残余变形,以焊接实验条件为基础,建立了搅拌摩擦焊接三维有限元热力耦合分析模型.模型中涉及了利用搅拌头工作转矩计算热输入量、工件和卡具之间的接触热传导、随温度变化的材料模型,以及综合考虑搅拌头机械作用等工作.利用该模型可以得到不对称的纵向残余应力结果,残余变形的趋势在整块板上都与实验结果相同,而且变形量和实验测量值之间的误差在20%以内.

关键词：搅拌摩擦焊铝合金数值模拟残余变形

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搅拌摩擦焊接的热力耦合分析模型

机械工程学报 2010年第16期46卷 106-112页

作者：鄢东洋史清宇吴爱萍 juergen silvanus 张增磊清华大学机械工程系北京100084 欧盟太空防卫及空间技术集团技术革新实验室慕尼黑81663德国

随着数值模拟技术在搅拌摩擦焊接研究中的应用日益广泛,对模型本身的准确程度要求越来越高,因而针对数值分析模型的研究显得更有意义。通过分析搅拌摩擦焊接热力耦合计算方面的相关资料,结合实际开展的搅拌摩擦焊接试验以及试验过程中... 详细信息

随着数值模拟技术在搅拌摩擦焊接研究中的应用日益广泛,对模型本身的准确程度要求越来越高,因而针对数值分析模型的研究显得更有意义。通过分析搅拌摩擦焊接热力耦合计算方面的相关资料,结合实际开展的搅拌摩擦焊接试验以及试验过程中对部分物理量的测量和分析,建立更加完善的搅拌摩擦焊接数值模拟模型。对生热过程、材料模型、夹具约束以及搅拌头机械载荷作用都进行细致分析和探讨,在新模型中采用被焊材料的剪切极限作为生热驱动力,考虑被焊材料的力学性能随温度和温度历史发生变化,建立夹具和试板之间的接触关系,并在力学分析模型中将搅拌头机械载荷简化考虑。利用新建立的数值分析模型对铝合金薄板搅拌摩擦焊接过程进行模拟,得到和试验结果吻合较好的温度场、残余应力和变形结果。

关键词：搅拌摩擦焊数值模拟残余应力残余变形

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搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展

焊接 2009年第1期 19-24,40页

作者：鄢东洋史清宇吴爱萍 juergen silvanus 清华大学机械工程系北京市100084 EADS Innovation Works Germany munich81663

搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响... 详细信息

搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,因此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义。除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果。文中从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向。

关键词：搅拌摩擦焊数值模拟残余应力残余变形搅拌头机械载荷