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Visualization and simulation of plastic material flow in friction stir welding of 2024 aluminium alloy plates 被引量:12
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作者 武传松 张文斌 +1 位作者 石磊 陈茂爱 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第6期1445-1451,共7页
Thin copper sheets as marker material were embedded into weld path of 2024 aluminium alloy plates and their final position after friction stir welding was examined by metallographic techniques. Referring to the visual... Thin copper sheets as marker material were embedded into weld path of 2024 aluminium alloy plates and their final position after friction stir welding was examined by metallographic techniques. Referring to the visualized material flow patterns, a three-dimensional model was developed to conduct the numerical simulation of the temperature profile and plastic material flow in friction stir welding. The calculated velocity contour of plastic flow in close proximity of the tool is generally consistent with the visualized results. As the tool rotation speed increases at a constant tool travel speed, the material flow near the pin gets stronger. The predicted shape and size of the weld nugget zone match with the experimentally measured ones. 展开更多
关键词 2024 aluminium alloy numerical simulation VISUALIZATION friction stir welding material flow heat transfer
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AA2195-AZ31B搅拌摩擦焊温度与残余应力场的数值模拟
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作者 韩泽平 曹丽杰 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期164-170,共7页
针对AA2195铝锂合金和AZ31B镁合金,基于耦合欧拉拉格朗日(coupled eulerian-lagrangian,CEL)方法,结合有限元分析软件Abaqus,建立了搅拌摩擦焊对接过程的有限元模型。同时,对焊接过程中的动态温度场及焊后残余应力场的分布进行了研究。... 针对AA2195铝锂合金和AZ31B镁合金,基于耦合欧拉拉格朗日(coupled eulerian-lagrangian,CEL)方法,结合有限元分析软件Abaqus,建立了搅拌摩擦焊对接过程的有限元模型。同时,对焊接过程中的动态温度场及焊后残余应力场的分布进行了研究。结果表明:焊缝区域应力以纵向应力为主,最大残余应力在AA2195铝锂合金侧。垂直于焊缝的截面纵向应力呈“M”形分布,最大值约为220 MPa,双峰之间存在倒“V”形。焊接过程中温度变化趋势与应力循环曲线负相关。此外,针对2 mm厚的AA2195铝锂合金和AZ31B镁合金板材进行了搅拌摩擦焊试验,用盲孔法对焊后残余应力进行测试,验证了模型的准确性。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 数值模拟 温度 残余应力 AA2195铝锂合金 AZ31B镁合金
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Modeling of friction stir welding process for tools design 被引量:2
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作者 San-Bao LIN Yan-Hua ZHAO Zi-Qiu HE Lin WU 《Frontiers of Materials Science》 SCIE CSCD 2011年第2期236-245,共10页
A three-dimensional friction stir welding (FSW) process model has been developed based on fluid mechanics. The material transport in the welding process has been regarded as a laminar, viscous, and non-Newtonian liq... A three-dimensional friction stir welding (FSW) process model has been developed based on fluid mechanics. The material transport in the welding process has been regarded as a laminar, viscous, and non-Newtonian liquid that flows past a rotating pin. A criterion to divide the weld zone has been given on the basis of cooperation of velocity field and viscosity field. That is, the η0-easy-flow zone that existed near the tool pin corresponded to the weld nugget zone; the area between the η0-easy-flow zone and η1-viscosity band is corresponded to the thermal-mechanical affected zone (TMAZ). The model gives some useful information to improve the understanding of material flow in FSW through the simulation result of velocity distribution. In order to appraise the friction stir pin design, three kinds of pin geometry, one is column pin, the second is taper pin, and the last one is screw threaded taper pin, were used in the model. The pin geometry seriously affected the simulation result of velocity distribution in the η0-easy-flow zone. The velocity distribution in the η0-easy-flow zone can be considered as the criterion of optimizing friction stir tool design. This study will benefit to direct the friction stir tool design. 展开更多
关键词 friction stir welding (FSM) 2014Al alloy model flow fdction stir pin
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铝合金薄板搅拌摩擦焊接残余变形的数值分析 被引量:29
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作者 鄢东洋 史清宇 +3 位作者 吴爱萍 Juergen Silvanus 刘园 张增磊 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期183-188,共6页
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... 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. 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 铝合金 数值模拟 残余变形
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2014铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟 被引量:16
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作者 赵衍华 林三宝 +1 位作者 贺紫秋 吴林 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期92-97,共6页
将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的搅拌头探针,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。提出了一种联合粘度场、速度场对焊接区域进行划分的方法:搅拌头周围的η0... 将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的搅拌头探针,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。提出了一种联合粘度场、速度场对焊接区域进行划分的方法:搅拌头周围的η0(材料粘度值)内易流动区域对应于焊核,η0外围与η1粘度带之间的区域对应于TMAZ区。三维模拟中材料的垂直方向流动与“标记嵌入技术”流变可视化试验结果吻合较好:靠近探针的区域内,回撤边中下部的材料向上运动,前进边中下部材料向下运动。焊接速度过高,搅拌头轴肩与探针过渡处的易流动区容易发生材料的分离运动,实际焊接中在此处容易产生空洞缺陷。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 流动 数值模拟 2014铝合金
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二维搅拌摩擦焊接过程的数值模拟 被引量:10
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作者 赵衍华 林三宝 +1 位作者 贺紫秋 吴林 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期865-869,共5页
将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的圆柱体,并基于流体力学理论,建立了二维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。计算结果表明:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作... 将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的圆柱体,并基于流体力学理论,建立了二维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。计算结果表明:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作用而发生变形,直接影响到材料的流动;在大多数的模拟条件下,探针直径范围内的材料仅仅在回撤边一侧沿旋转方向绕过探针,而不是在探针两侧绕流;绕过探针以后,焊缝金属材料又以恒定的速度,继续向前移动;变形区域内流变材料的流动速度大于探针直径范围外流变材料的流动速度。采用“标记嵌入技术”对焊缝金属流动进行了可视化研究,并对实验结果与模拟结果进行了验证,模拟结果能很好地预测塑性金属流动趋势。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 流动 数值模拟 2014铝合金
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三维搅拌摩擦焊接过程数值模拟 被引量:4
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作者 赵衍华 林三宝 +1 位作者 贺紫秋 吴林 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期75-78,共4页
将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的圆柱体,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。计算结果表明,在焊缝上部表面附近,由于搅拌头轴肩的影响,材料流动比较混乱,发... 将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的圆柱体,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。计算结果表明,在焊缝上部表面附近,由于搅拌头轴肩的影响,材料流动比较混乱,发生多次绕流现象;焊缝下部材料流动规律性较明显:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作用而发生变形和流动,在大多数的模拟条件下,探针直径范围内的材料仅仅在回撤边一侧沿旋转方向绕过探针。焊缝中部具有底部和上部材料的流动特点,是探针和轴肩共同影响的结果。采用“标记嵌入技术”对焊缝金属流动进行可视化研究,试验结果与模拟结果进行了验证,模拟结果能很好地预测塑性金属流动趋势。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 流动 数值模拟 2014铝合金
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基于湍流计算模型的TC4钛合金搅拌摩擦焊过程的流场分析 被引量:2
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作者 姬书得 刘伟 +3 位作者 张利国 金延野 刘震磊 许萌 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2012年第13期172-174,共3页
以TC4钛合金为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT建立搅拌摩擦焊过程的三维有限体积模型,选取k-ε湍流计算模型,利用数值模拟的方法对材料的塑性流动行为进行了研究。结果表明:搅拌头及其附近区域的材料流动方向与搅拌头的旋转方向相... 以TC4钛合金为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT建立搅拌摩擦焊过程的三维有限体积模型,选取k-ε湍流计算模型,利用数值模拟的方法对材料的塑性流动行为进行了研究。结果表明:搅拌头及其附近区域的材料流动方向与搅拌头的旋转方向相同,且此区域的材料流动速度远大于其它区域;受接触点线速度的影响,轴肩附近的材料流动速度大于焊件内部与搅拌针接触区域材料的流动速度,且搅拌针附近材料的流动速度随搅拌针的直径减小而减小。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 TC4钛合金 流动 数值模拟
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半固态搅拌摩擦焊温度场分析及组织验证 被引量:1
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作者 姬书得 温泉 +3 位作者 马琳 岳玉梅 杨鹏 吕赞 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期209-214,共6页
为避免由材料流动不足而导致的焊接缺陷以及降低焊接过程中的作用力,提出了半固态搅拌摩擦焊.本文以2024-T3铝合金为研究对象,进行了焊接过程中温度及显微组织分析.温度的模拟及测量结果表明:当搅拌头的旋转速度为1 600r·min^(-1)... 为避免由材料流动不足而导致的焊接缺陷以及降低焊接过程中的作用力,提出了半固态搅拌摩擦焊.本文以2024-T3铝合金为研究对象,进行了焊接过程中温度及显微组织分析.温度的模拟及测量结果表明:当搅拌头的旋转速度为1 600r·min^(-1)、焊接速度为150mm/min时,稳态时焊核区的温度峰值达到了518℃,超过了焊材的固相线.空冷条件下常规搅拌摩擦焊与水冷条件下的半固态搅拌摩擦焊焊核区的显微组织对比结果表明,利用搅拌头摩擦产热的方法可使搅拌区呈现液态金属母液中均匀悬浮着近似球形晶粒的半固态组织. 展开更多
关键词 半固态搅拌摩擦焊 2024-T3铝合金 温度峰值 数值模拟 半固态组织
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基于数值模拟的搅拌摩擦焊晶粒分析 被引量:2
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作者 余炯 杨昭 +2 位作者 邓运来 吴业峰 付嘉妮 《热加工工艺》 北大核心 2019年第23期130-133,共4页
在Al-Zn-Mg合金的搅拌摩擦焊接(FSW)期间,焊接材料的晶粒尺寸显著影响其机械性能。为了预测不同焊接工艺参数对焊接材料晶粒尺寸的影响规律,本文使用DEFORM-3D软件模拟了搅拌摩擦焊接过程,分析不同的旋转速度和不同的焊接速度对搅拌区(... 在Al-Zn-Mg合金的搅拌摩擦焊接(FSW)期间,焊接材料的晶粒尺寸显著影响其机械性能。为了预测不同焊接工艺参数对焊接材料晶粒尺寸的影响规律,本文使用DEFORM-3D软件模拟了搅拌摩擦焊接过程,分析不同的旋转速度和不同的焊接速度对搅拌区(SZ)温度场和应变率场的影响。结果表明,SZ的温度随焊接速度增加而降低,但焊接速度对应变率没有影响;SZ的温度和应变率随着搅拌针旋转速度的增加而增加。借助Zener-Hollomon参数的经验公式预测的晶粒尺寸和实验得出的SZ晶粒尺寸变化趋势一致,发现SZ的晶粒尺寸随着旋转速度增加而增加,随焊接速度增加而变小。 展开更多
关键词 AL-ZN-MG合金 DEFORM-3D 数值模拟 搅拌摩擦焊接 晶粒尺寸
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2219铝合金搅拌摩擦焊接过程数值分析 被引量:1
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作者 郭怀志 潘家敬 +3 位作者 赵朋成 刘佳奇 谭龙 张金衡 《青岛科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2021年第3期94-100,共7页
利用Deform-3D软件对2219铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的温度场和流场进行了数值分析。温度场的结果表明,混合头在焊接过程中的最高温度为410℃,不超过2219铝合金的熔点。总体温度分布在与肩部接触的表面处最高,并沿着工件的厚度方向降低。温... 利用Deform-3D软件对2219铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的温度场和流场进行了数值分析。温度场的结果表明,混合头在焊接过程中的最高温度为410℃,不超过2219铝合金的熔点。总体温度分布在与肩部接触的表面处最高,并沿着工件的厚度方向降低。温度分布在前进侧和返回侧是不对称的,返回侧的温度要高于前进侧。流场结果表明:金属的整体流动呈漩涡状,工件表面的流速大于内部速度。当搅拌头的转速从20πrad·s^(-1)增加到40πrad·s^(-1)时,在搅拌头附近,特别是在工件的上表面附近流动趋势增强。 展开更多
关键词 2219铝合金 搅拌摩擦焊接 温度场 流场 数值模拟
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Al/Mg 异种合金搅拌摩擦焊的材料流动可视化和数值模拟研究 被引量:2
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作者 宋波 翟洋洋 +1 位作者 左敦稳 邓永芳 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1483-1490,共8页
采用切片法研究了搅拌摩擦焊接(FSW)接头的材料流动。通过对接头的三维重建,实现了流动材料的可视化,讨论了接头材料的流动模式和缺陷产生的原因。基于计算流体力学(CFD)和多相流理论,建立了FSW过程中铝合金/镁合金材料流动的三维数学... 采用切片法研究了搅拌摩擦焊接(FSW)接头的材料流动。通过对接头的三维重建,实现了流动材料的可视化,讨论了接头材料的流动模式和缺陷产生的原因。基于计算流体力学(CFD)和多相流理论,建立了FSW过程中铝合金/镁合金材料流动的三维数学模型。通过在数值模型中加入分布的示踪粒子,对不同连接参数下的材料流动模式进行分析和预测。结果表明:接头上部材料流动强烈,材料整体向前进侧迁移,接头中部前进侧镁合金向接头前部迁移,暂时形成的空腔由后退侧迁移来的铝合金填充。当不恰当的工艺参数使材料流动不充分时,未被完全填充的空腔会形成孔洞缺陷。接头材料整体主要以层流为主。在满足材料流动热输入需要时,接头材料的流动模式基本不发生改变,在高转速过热条件下,材料的迁移距离和混合模式会发生改变,2种材料围绕搅拌头以层流模式多次越过对接线并充分混合,同时在后退侧产生紊流现象。 展开更多
关键词 异种搅拌摩擦焊 2024铝合金 AZ31镁合金 材料流动 数值模拟
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