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7075高强铝合金搅拌摩擦焊接过程的数值模拟研究的中期报告
摘要：
搅拌摩擦焊接是一种新型的固态焊接技术，对于铝合金等材料的焊接具有广泛的应用价值。本文利用数值模拟技术研究了7075高强铝合金搅拌摩擦焊接过程的温度场、应力场、位移场等参数的变化规律，同时分析了不同工艺参数对焊接质量的影响，以期为仿真模型的进一步完善提供参考。
关键词：搅拌摩擦焊接，数值模拟，7075高强铝合金，参数影响
1.引言
近年来，随着国家对工业技术的不断提升，工业界在焊接技术的研究和应用中也取得了巨大进展。其中，新型的固态焊接技术成为了焊接领域的研究重点之一。7075高强铝合金作为一种高性能的铝合金材料，其在航空、航天、汽车、高速列车等领域中有着广泛的应用。
搅拌摩擦焊接模拟技术可以更好地理解焊接过程中的物理、化学和力学现象，从而研究焊缝质量控制和优化可行性，并探究调整焊接参数以获得更好的焊接性能。本研究通过数值模拟技术，模拟了7075高强铝合金在搅拌摩擦焊接过程中的温度、应力和变形等参数，并分析了这些参数随着搅拌速度、搅拌深度和搅拌时间的变化规律，以期为焊接质量的优化提供参考。
2.模型与方法
本研究所用的数值模拟方法为有限元方法，模型采用SolidWorks进行建模，分别建立了接头与焊接设备的三维实体模型。SolidWorks中的激光模块用于分析模型中的体积热源，并在焊接过程中计算中的辐射热量。最后，将生成的模型导入有限元软件ABAQUS中，添加导热、导电和摩擦界面条件，并利用它进行模拟。
3.结果与分析
本研究分别分析了搅拌速度、搅拌深度和搅拌时间对焊接过程温度、应力和变形等参数的影响。
3.1搅拌速度对焊接过程的影响
在模拟过程中，搅拌速度从1000rpm增加到1400rpm，发现焊接过程中最高温度和最大应力值随搅拌速度的增加而增加；最大位移曲线上，搅拌速度越高，热影响区域越小，最大变形值越小。这表明，高搅拌速度可以大幅度降低焊接过程中的失真、减小热影响区域，并提高焊接质量。但是，随着搅拌速度的增加，摩擦热量也会增加，这对设备的耐用性造成了一定的挑战。
3.2搅拌深度对焊接过程的影响
在模拟过程中，搅拌深度的变化范围为2mm、3mm和4mm。模拟结果表明，搅拌深度增加会导致热影响区域增大，配置使接头变形加剧，同时，搅拌深度增加也使热量得到更充分的利用，从而提高了焊缝质量。因此，在进行具体选择时需要综合考虑各种因素。
3.3搅拌时间对焊接过程的影响
在模拟过程中，搅拌时间从1s增加到3s。随着搅拌时间的增加，热影响区域和变形值逐渐减小。在所有参数中，搅拌时间对焊缝质量的影响是最为明显的。因此，为获得更好的焊缝质量，我们推荐在保证其他参数的情况下，适当增加搅拌时间。
4.结论
本文利用数值模拟技术模拟了7075高强铝合金搅拌摩擦焊接过程中的温度、应力和变形等参数，并分析了不同参数对焊接质量的影响。结果表明，高搅拌速度可以缩小热影响区域并提高焊接质量，但搅拌深度和搅拌时间必须根据具体情况综合考虑。通过本文的研究，对进一步优化搅拌摩擦焊接的数值模拟模型提供了重要参考。