搅拌摩擦焊中复杂外形搅拌针周围材料流动行为的数值模拟

【作者】 陈高强； 张帅； 史清宇；

【机构】 清华大学机械工程系；

【摘要】 实际搅拌摩擦焊过程中,往往采用比较复杂的几何外形来保证焊接质量。阐明复杂外形搅拌头周围的材料流动行为是理解搅拌摩擦焊材料流动行为的关键方面。本文通过基于计算流体力学的数值模拟,针对铝合金搅拌摩擦焊过程中的材料流动行为进行热-力耦合分析。在对数值模拟结果进行充分验证的基础上,对比了四种不同外形不同的"螺纹+棱锥"搅拌针周围的温度场、速度场等热-力参量。数值模拟表明,搅拌针上的复杂几何结构具有加速流动和增强应变速率的作用;而且焊接过程中,材料流经复杂几何结构的搅拌针时出现多圈环流模式。这是由于螺纹槽及棱锥表面的几何效应。此外,还对比了搅拌头与工件之间的界面接触模型对数值模拟结果的影响。本文探讨的数值模拟方法有望成为搅拌头几何外形计算机辅助设计提供新的工具。更多还原