鋁合金厚板攪拌摩擦焊溫度場及工藝

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 2219鋁合金組成、性質及應用 1
1.2 攪拌摩擦焊接原理、特點及應用 3
1.3 FSW溫度場研究進展 6
1.3.1 基于實驗的FSW溫度場 6
1.3.2 基于數(shù)值分析的FSW溫度場研究 12
1.4 焊接工藝參數(shù)對FSW溫度場的影響 18
1.5 攪拌頭結構參數(shù)對FSW溫度場的影響 23
1.6 2219鋁合金厚板FSW溫度場及工藝研究面臨的挑戰(zhàn) 28
參考文獻 29
第2章 基于實驗的2219鋁合金厚板FSW溫度場表征 38
2.1 FSW溫度場檢測和分析系統(tǒng)開發(fā) 38
2.1.1 基于K型熱電偶的硬件系統(tǒng)開發(fā) 38
2.1.2 基于LabVIEW的軟件系統(tǒng)開發(fā) 41
2.1.3 系統(tǒng)測量精度 55
2.2 2219鋁合金厚板FSW溫度場分析 56
2.2.1 2219鋁合金厚板FSW溫度場測量實驗 56
2.2.2 工藝參數(shù)對焊接溫度的影響 63
2.2.3 線性能量因子對焊接溫度的影響 66
2.3 基于*小二乘支持向量機的FSW溫度場表征 68
2.4 本章小結 73
參考文獻 73
第3章 基于熱源模型的2219鋁合金厚板FSW溫度場分析 75
3.1 熱源模型 75
3.1.1 不考慮攪拌針產(chǎn)熱的熱源模型 75
3.1.2 考慮攪拌針產(chǎn)熱的熱源模型 77
3.2 傳熱模型 84
3.2.1 熱傳導 85
3.2.2 熱對流 86
3.2.3 熱輻射 86
3.3 不同熱源模型獲得的溫度分布 86
3.3.1 不考慮攪拌針產(chǎn)熱的溫度分布 89
3.3.2 考慮攪拌針產(chǎn)熱的溫度分布 90
3.4 熱源模型驗證 91
3.5 本章小結 93
參考文獻 93
第4章 基于DEFORM的2219鋁合金厚板FSW溫度場表征 95
4.1 2219鋁合金厚板FSW溫度場仿真模型 95
4.1.1 傳熱學理論 95
4.1.2 剛黏塑性理論 95
4.1.3 溫度場仿真模型的建立與實現(xiàn) 97
4.1.4 溫度場仿真模型的驗證 101
4.2 2219鋁合金厚板FSW核心區(qū)極值溫度表征 103
4.2.1 支持向量回歸迭代法 103
4.2.2 基于SVR的表面特征點與核心極值溫度關聯(lián)關系模型 106
4.2.3 核心區(qū)溫度預測結果分析 111
4.3 本章小結 113
參考文獻 114
第5章 2219鋁合金厚板FSW工藝參數(shù)優(yōu)化 115
5.1 FSW攪拌頭下壓及停留預熱階段焊接工藝參數(shù)優(yōu)化 115
5.1.1 正交設計方案 116
5.1.2 仿真結果與方差分析 116
5.1.3 攪拌頭轉速與停留預熱時間對溫度場的影響 121
5.2 焊接進給階段焊接工藝參數(shù)優(yōu)化 124
5.2.1 焊接工藝參數(shù)對核心區(qū)峰值溫度的影響 124
5.2.2 焊接工藝參數(shù)對FSW核心區(qū)溫差的影響 127
5.2.3 FSW核心區(qū)峰值溫度與*低溫度*面擬合 129
5.2.4 焊接進給階段焊接工藝參數(shù)范圍的有效性驗證 132
5.3 本章小結 135
參考文獻 135
第6章 基于ABAQUS的2219鋁合金厚板FSW溫度場表征 137
6.1 基于ABAQUS/CEL的FSW溫度場仿真模型 137
6.1.1 幾何模型的建立及裝配 137
6.1.2 材料參數(shù)模型與網(wǎng)格劃分 139
6.1.3 CEL仿真方法及質量縮放 140
6.1.4 產(chǎn)熱機理和熱邊界條件 141
6.1.5 摩擦模型和材料本構模型 141
6.1.6 2219鋁合金厚板FSW過程仿真實現(xiàn) 142
6.2 焊接工藝參數(shù)對溫度場的影響 144
6.2.1 攪拌頭轉速對焊接溫度場的影響 144
6.2.2 焊接速度對焊接溫度場的影響 145
6.3 單軸肩FSW攪拌頭結構參數(shù)對溫度場的影響 146
6.3.1 攪拌頭形貌特征對焊接溫度場的影響 146
6.3.2 攪拌頭結構參數(shù)優(yōu)化 149
6.3.3 攪拌頭結構參數(shù)優(yōu)化結果的實驗驗證 152
6.4 本章小結 153
參考文獻 153
第7章 2219鋁合金厚板雙側復合FSW工藝研究 155
7.1 雙側復合FSW溫度場仿真模型的建立 156
7.1.1 幾何模型的建立及裝配 156
7.1.2 機械邊界條件設定 158
7.1.3 雙側復合FSW仿真實現(xiàn)及溫度場特征 158
7.2 雙側復合FSW工藝優(yōu)化 160
7.2.1 正交設計方案 160
7.2.2 仿真結果 161
7.2.3 方差分析 161
7.3 雙側復合FSW攪拌頭相對位置對溫度場的影響 166
7.3.1 仿真方案設計 166
7.3.2 仿真結果及分析 167
7.4 本章小結 171
參考文獻 171
第8章 2219鋁合金厚板FSW核心區(qū)極值溫度監(jiān)測 173
8.1 基于紅外熱像儀的FSW焊件表面溫度高精度測量 174
8.1.1 紅外測溫原理 174
8.1.2 FSW過程中紅外測溫精度的影響因素 175
8.1.3 FSW焊件表面溫度測量實驗 181
8.2 2219鋁合金厚板FSW溫度場仿真 183
8.2.1 FSW溫度場仿真模型的建立 183
8.2.2 FSW特征點溫度提取及模型驗證 186
8.3 基于表面特征點溫度的核心區(qū)極值溫度監(jiān)測 188
8.3.1 FSW表面特征點溫度與核心區(qū)極值溫度數(shù)據(jù)集的獲取 188
8.3.2 表面溫度與核心區(qū)溫度關聯(lián)關系模型的建立 189
8.4 FSW核心區(qū)極值溫度監(jiān)測 190
8.5 FSW核心區(qū)極值溫度在位表征系統(tǒng)研發(fā) 195
8.5.1 系統(tǒng)硬件搭建 195
8.5.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 196
8.5.3 系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn) 196
8.6 本章小結 198
參考文獻 199
第9章 基于數(shù)字孿生的FSW核心區(qū)極值溫度監(jiān)測 200
9.1 隨機雙坐標上升算法 200
9.2 基于SDCA的FSW核心區(qū)極值溫度表征模型 202
9.2.1 基于溫度場仿真的數(shù)據(jù)集 202
9.2.2 基于SDCA的核心區(qū)溫度表征 204
9.3 FSW過程中的數(shù)字孿生技術 206
9.3.1 FSW系統(tǒng)的五維模型 206
9.3.2 FSW過程的運動仿真模型 208
9.3.3 物理實體與虛擬實體的數(shù)據(jù)交互 211
9.4 FSW核心區(qū)溫度監(jiān)測的技術實現(xiàn)與系統(tǒng)集成 213
9.4.1 FSW核心區(qū)溫度的三維可視化 213
9.4.2 基于數(shù)字孿生的FSW核心區(qū)極值溫度在位表征系統(tǒng)的集成與驗證 214
9.5 本章小結 218
參考文獻 218