[发明专利]一种铝合金超厚板的双面搅拌摩擦焊焊接过程模拟方法

说明书

本发明公开了一种铝合金超厚板的双面搅拌摩擦焊焊接过程模拟方法，包括以下步骤：S1、建立搅拌摩擦焊搅拌头与铝合金超厚板焊接的有限元模型；S2、使用Abaqus软件对有限元模型进行网格划分；S3、设置焊接工步；S4、设置焊板材料属性；S5、设置搅拌头与焊板的相互作用；S6、设置焊接载荷与边界条件；S7、将S2‑S6中的模型及参数输入到Abaqus软件中进行提交运算；S8、读取Abaqus软件结果并进行分析；本发明通过使用等效替换法通过计算增大轴肩压力替代搅拌摩擦焊的总热量，并在建立有限元模型过程中使用简化模型法忽略搅拌针结构，使用Abaqus软件进行网格划分，对铝合金超厚板搅拌摩擦焊接全过程进行模拟，并对焊接全过程各阶段以及全过程温度和应力进行分析。

技术领域

本发明涉及机械焊接技术领域，具体涉及一种超厚板铝合金的双面搅拌摩擦焊焊接过程模拟方法。

背景技术

目前国内外对厚板搅拌摩擦焊的研究主要集中于对接头抗拉强度、焊接参数对焊接结果的影响，以及通过多次仿真模拟寻找最佳焊接参数的研究，但对焊接全过程中各阶段的分析以及各阶段间温度及应力的变化均鲜有报道。

现阶段应用的铝合金材料已经不仅仅局限于厚度在2-10mm以内的薄板，逐步向厚板(20mm)以及超厚板(50mm)的方向发展。铝合金超厚板由于其焊接工步较多，分为正面的下压、预热、加工、卸载，翻面，和反面的下压、预热、加工、卸载、冷却共十个工步，且反面焊接过程会受正面焊接过程的影响，对其焊接过程各阶段温度场、应力场的模拟都是十分复杂的，因此深入探究铝合金超厚板双面搅拌摩擦焊的焊接过程，对其进行全过程的模拟分析是很有必要的。

发明内容

为了解决现阶段缺少对于铝合金超厚板双面搅拌摩擦焊的焊接过程的研究分析，本发明提供了一种铝合金超厚板的双面搅拌摩擦焊焊接过程模拟方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种铝合金超厚板的双面搅拌摩擦焊焊接过程模拟方法，包括以下步骤：

S1、在Abaqus软件中建立搅拌摩擦焊搅拌头与铝合金超厚板焊接的有限元模型；

S2、使用Abaqus软件对有限元模型进行网格划分；

S3、设置铝合金超厚板的双面搅拌摩擦焊的焊接工步；

S4、设置铝合金超厚板的材料属性；

S5、设置搅拌摩擦焊搅拌头与铝合金超厚板的相互作用关系；

S6、设置搅拌摩擦焊焊接的载荷与边界条件；

S7、将S3-S6中设置的条件和参数输入到Abaqus软件中，并点击Abaqus软件中的job进行提交运算；

S8、对Abaqus软件运算后的结果进行读取和分析。

优选的，所述S1中包括以下步骤：

S1-1、设置搅拌摩擦焊搅拌头与铝合金超厚板焊接的几何模型尺寸；

S1-2、运用等效替代法，通过加大轴肩压力使得轴肩的产热能够替代搅拌摩擦焊摩擦生热的总产热；

S1-3、使用假设简化模型的方法，在Abaqus软件中建立搅拌摩擦焊搅拌头与铝合金超厚板焊接的有限元模型。

优选的，所述S1-1中，铝合金超厚板是长度为200mm，宽度为200mm，高度为80mm的长方体，轴肩是直径为48mm，高度为10mm的圆柱体，且底部有1mm的倒角，并设为刚体；搅拌针尺寸是下底面直径为20mm，上底面直径为10mm，高度为43mm的圆台，搅拌头和铝合金超厚板进行装配时，搅拌头位于铝合金超厚板的左端，搅拌头的底面圆心与铝合金超厚板边缘的距离为30mm。

优选的，所述S1-2中，具体计算步骤如下：

I、计算搅拌摩擦焊摩擦生热的总产热