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搅拌摩擦焊接过程的“热--流--固”耦合数值模拟及孔洞缺陷预测
标题：搅拌摩擦焊接过程的“热--流--固”耦合数值模拟及孔洞缺陷预测
摘要：
搅拌摩擦焊接是一种高效、低能耗的固态焊接技术，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。然而，搅拌摩擦焊接过程中的热-流-固耦合现象和孔洞缺陷问题仍是一个关注的重点。为了解决这一问题，本文基于有限元方法，开展了搅拌摩擦焊接过程的“热-流-固”耦合数值模拟，同时通过数值模拟预测孔洞缺陷，为搅拌摩擦焊接工艺的改进提供了理论指导。
1.引言
搅拌摩擦焊接作为一种固态焊接技术，具有焊接速度快、能耗低、无气孔和夹渣等优点。然而，由于材料的高温、高应变率和复杂的热-流-固耦合过程，容易出现焊缝中的孔洞缺陷。因此，研究搅拌摩擦焊接过程的“热-流-固”耦合现象及孔洞缺陷的预测，对于提高搅拌摩擦焊接的质量和可靠性具有重要意义。
2.搅拌摩擦焊接过程的“热-流-固”耦合数值模拟
2.1热-流耦合模拟
搅拌摩擦焊接过程中，摩擦热的产生和传导是热-流耦合的核心问题。本文基于热传导方程和流体流动方程，建立了搅拌摩擦焊接过程的热-流耦合数值模型，并采用有限元方法求解。
2.2流-固耦合模拟
摩擦热引起的塑性变形和流体流动会影响到焊缝的形成和焊接质量。本文采用流固耦合数值模拟方法，考虑了材料的热软化效应和流体流动对固体变形的影响，实现了搅拌摩擦焊接过程中的流-固耦合数值模拟。
3.孔洞缺陷预测模型
3.1孔洞形成机制
分析了搅拌摩擦焊接过程中孔洞缺陷的形成机制，包括焊缝区域的温度和应变率变化以及固体与液体的交互作用等因素。通过对孔洞形成机制的研究，为孔洞缺陷的预测提供了理论依据。
3.2孔洞缺陷预测模型
基于数值模拟结果，建立了孔洞缺陷预测模型。该模型考虑了热-流-固耦合效应和材料的热软化特性，通过计算焊接过程中的温度、应变率和压力等参数，预测了孔洞缺陷的形成位置和大小。
4.结果与讨论
通过对搅拌摩擦焊接过程的“热-流-固”耦合数值模拟和孔洞缺陷预测模型的应用，得到了焊接过程中温度、应变率和压力的分布规律，并预测了孔洞缺陷的形成位置和大小。与实际焊接工艺相比较，结果表明该模型具有较好的预测精度，并能为搅拌摩擦焊接工艺的改进提供理论指导。
5.结论
本文基于有限元方法，开展了搅拌摩擦焊接过程的“热-流-固”耦合数值模拟及孔洞缺陷预测。通过数值模拟，分析了搅拌摩擦焊接过程中的热-流-固耦合现象，并建立了孔洞缺陷预测模型。结果表明，该模型具有较好的预测精度，为搅拌摩擦焊接工艺的改进提供了理论指导。未来的研究可以进一步提高模型的预测精度，探索更有效的孔洞缺陷预防措施，推动搅拌摩擦焊接技术的发展。
参考文献：
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