轴向振动耗材摩擦焊温度场及残余应力场的数值模拟研究的开题报告.docx

轴向振动耗材摩擦焊温度场及残余应力场的数值模拟研究的开题报告
一、研究背景
摩擦焊技术是一种绿色环保的焊接技术，能够无需外部焊接材料而实现材料的连接。摩擦焊技术一般分为轴向摩擦焊和环向摩擦焊两种，其中轴向摩擦焊是一种较为常见的方法。该方法的工作原理是通过断续转动的方法让两个金属材料相互摩擦产生摩擦热，利用摩擦热将材料表面加热至一定温度（通常在熔点以下），使其高温软化并通过压力压合使两个材料相连接。与传统的焊接方法相比，摩擦焊技术具有高效、无芯杆、环保等优点，因此在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
然而，轴向摩擦焊过程中产生的摩擦热会导致材料的局部加热和冷却，进而引起变形和残余应力等问题，这些问题对于焊接件的使用寿命和安全性能都有一定的影响。因此，对于轴向摩擦焊技术的温度场和残余应力场进行数值模拟研究，对于深入理解该技术的工作原理和优化焊接参数具有重要的意义。
二、研究目的
本次研究旨在利用数值模拟方法对轴向摩擦焊技术过程中的温度场和残余应力场进行研究，具体研究任务包括：
1.建立轴向摩擦焊过程的有限元模型，考虑材料的热物理性能、热传导性、塑性流变等因素，确定模型中所需的各种材料和边界条件参数；
2.通过有限元模拟得到轴向摩擦焊过程中的温度场以及局部的热应力场、应变场等，分析温度场和残余应力场对焊接件性能的影响；
3.对比不同的焊接参数，确定最优参数组合，进一步优化轴向摩擦焊工艺参数。
三、研究内容
1.轴向摩擦焊数值模拟的基本原理介绍
2.建立轴向摩擦焊的有限元数值模型，包括模型的几何形态、边界条件等参数
3.数值模拟轴向摩擦焊过程中的温度场、残余应力场等相关参数，提取并分析数据结果
4.通过对所获取的数据进行分析比对，得出轴向摩擦焊的温度场、残余应力场与参数关系，确定最优参数组合
5.最后在理论和数值模拟方面得出一些有参考价值的结论，为轴向摩擦焊工艺的改进和优化提供依据
四、研究方法
本研究计划采用有限元数值模拟方法，具体包括以下步骤：
1.选择适当的有限元软件进行模拟，如ABAQUS等；
2.构建轴向摩擦焊模型，包括材料几何形态和边界条件等参数；
3.根据模型材料的热物理性质等参数，建立温度场和残余应力场等数值模拟模型；
4.进行模拟并分析数据，得出温度场与焊接参数的关系以及残余应力场对应的焊接参数；
5.在最后得到的数据基础上，综合分析和对比不同焊接条件下的温度场和残余应力场，得出最优的焊接参数组合。
五、研究意义
研究轴向摩擦焊技术的温度场和残余应力场，可以深入了解该技术的工作原理和焊接过程中产生的影响因素，为改善焊接工艺参数、提高焊接质量和安全性能提供技术支持。同时，由于轴向摩擦焊技术具有广泛的应用场景，本研究具有实际意义和应用价值。
六、研究进度安排
1.前期准备工作和文献阅读（2周）。
2.准备数据和所需模型，建立数值模拟模型（3周）。
3.模拟轴向摩擦焊过程中温度场、残余应力场等参数，并分析数据结果（6周）。
4.对数据进行分析比对，并确定最优参数组合（4周）。
5.在论文上撰写、修改和优化（3周）
七、参考文献
[1]Fang,Y.,etal.“Effectoffriction-weldingparametersonmicrostructureandmechanicalpropertiesofboronsteeljoints.”Canadianmetallurgicalquarterly,vol.54,no.2,pp.148–155,2015.
[2]Chen,M.,etal.“Finiteelementanalysisofthetemperatureinfrictionstirweldingof304stainlesssteel.”Materials&design,vol.29,pp.248–253,2008.
[3]Takahashi,M.,etal.“Heatbalanceandtemperature-controllingmechanisminflash-aidedfrictionwelding.”WeldingintheWorld,vol.57,no.4,pp.537–544,2013.
[4]张进,郑文龙.焊接力学基础[M].北京:机械工业出版社,2008.
[5]魏汝彬,谷广明,朱光义.有限元分析程序入门与实例[M].中国轻工业出版社,2015.