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基于SPH方法的搅拌摩擦焊数值模拟研究

韩泽平 曹丽杰

韩泽平, 曹丽杰. 基于SPH方法的搅拌摩擦焊数值模拟研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(1): 50-56. doi: 10.12299/jsues.23-0060
引用本文: 韩泽平, 曹丽杰. 基于SPH方法的搅拌摩擦焊数值模拟研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(1): 50-56. doi: 10.12299/jsues.23-0060
HAN Zeping, CAO Lijie. Numerical simulation research of friction stir welding based on SPH method[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(1): 50-56. doi: 10.12299/jsues.23-0060
Citation: HAN Zeping, CAO Lijie. Numerical simulation research of friction stir welding based on SPH method[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(1): 50-56. doi: 10.12299/jsues.23-0060

基于SPH方法的搅拌摩擦焊数值模拟研究

doi: 10.12299/jsues.23-0060
详细信息
    作者简介:

    韩泽平(1999−),男,硕士生,研究方向为搅拌摩擦焊数值模拟。E-mail:2942151857@qq.com

    通讯作者:

    曹丽杰(1968−),女,副教授,硕士,研究方向为轻合金激光焊接技术、摩擦学行为。E-mail:clj@sues.edu.cn

  • 中图分类号: TG453.9

Numerical simulation research of friction stir welding based on SPH method

  • 摘要: 光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)法是基于拉格朗日的一种无网格法,基于SPH方法使用ABAQUS软件进行AZ31B镁合金的搅拌摩擦焊数值模拟,通过改变搅拌头转速,研究残余应力和温度的分布。结果显示:焊缝两侧残余应力分布呈不对称,后退侧应力大于前进侧;应力曲线具有双峰特征,在焊接区域表现为拉应力;随着转速的增加,工件应力分布更加均匀;焊缝两侧的温度呈不对称分布,且前进侧高于后退侧,随着转速的增加,温度呈上升趋势;纵向温度曲线呈M形分布。模拟结果对实际焊接过程中焊接参数的选择具有一定参考意义。
  • 图  1  SPH原理图[5]

    Figure  1.  SPH schematic diagram[5]

    图  2  有限元网格和SPH粒子分布

    Figure  2.  Finite element mesh and SPH particle distribution

    图  3  网格划分

    Figure  3.  Meshing

    图  4  网格单元粒子转换

    Figure  4.  Grid unit particle conversion

    图  5  焊接速度40 mm/min时应力云图

    Figure  5.  Stress cloud diagram with welding speed 40mm/min

    图  6  焊接速度40 mm/min时焊接截面云图

    Figure  6.  Welding cross-section nephogram with welding speed 40 mm/min

    图  7  路径选取

    Figure  7.  Path selection

    图  8  工件上表面残余应力分布

    Figure  8.  Residual stress distribution on the upper surface of workpiece

    图  9  工件底面残余应力分布

    Figure  9.  Residual stress distribution on the bottom surface of workpiece

    图  10  温度分布云图

    Figure  10.  Temperature distribution cloud map

    图  11  工件上表面焊缝中心温度

    Figure  11.  Center temperature of weld seam on the upper surface of workpiece

    图  12  工件中部上表面横截面温度分布

    Figure  12.  Temperature distribution of the cross-section on the upper surface of the middle part of workpiece

    表  1  AZ31B的材料参数[9]

    Table  1.   Material parameters of AZ31B[9]

    温度/
    热传导系数/
    (W·(m℃)−1)
    比热容/
    (J·(kg·℃)−1)
    热膨胀系数/
    −1
    杨氏模量/
    GPa
    20 96.4 1050 40.2
    75 37.3
    100 101 1130 2.64E-05 34.3
    125 30.9
    150 30.4
    200 105 1170 2.70E-05 29.4
    250 27.5
    300 109 1210 2.79E-05
    350 113 1260
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    表  2  AZ31B的Johnson-Cook本构模型参数[9]

    Table  2.   Johnson-Cook constitutive model parameters of AZ31B[9]

    材料A /MPaB/MPaCnmTmelt /℃T ref /℃
    AZ31B279.8271590.0130.3271.57365022
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2023-03-14
  • 刊出日期:  2024-03-30

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