[发明专利]基于deform的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于DEFORM的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法，包括：

基于DEFORM软件扭转变形模拟功能，建立双工件几何模型，上模施加摩擦压力，下模施加转速，双工件选用弹塑性体；上模代表摩擦焊机尾座夹具，下模代表摩擦焊机主轴夹具；

选用混合摩擦界面接触条件来反映摩擦过程摩擦机制的转换，当摩擦焊接过程刚刚开始时，工件接触面粗糙，并且温度低，工件接触面的状态为经典库伦摩擦，用公式计算，其中，τ_c为库伦摩擦模型摩擦应力；μ为库伦摩擦系数；-表示焊接工件的摩擦应力方向与相对运动线速度相反；σ_n为应力；ν_s为相对运动线速度；随着摩擦的持续，工件接触面的温度升高，焊接接头进入塑性变形状态，采用剪切摩擦模型进行模拟，用公式计算，其中，τ_s为剪切摩擦模型摩擦应力；m为剪切摩擦系数，取值范围m＝0～1；k为金属材料的剪切屈服强度，k与σ_s的关系表示为：k＝0.577σ_s，其中σ_s为材料的屈服强度；初始阶段摩擦面温度低，τ_c≤τ_s，计算节点所受的摩擦应力τ_f＝τ_c；随着摩擦面区域温度的升高，τ_s逐步降低，当τ_cτ_s时，τ_f＝τ_s；

选用低于材料实际值的热膨胀系数α，以模拟摩擦焊过程中热膨胀和磨损对摩擦界面变形的复合影响，先采用中间值和两个边值，对摩擦压力P15Mpa、摩擦速度V1.0m/s进行峰值摩擦扭矩模拟计算，与实测峰值摩擦扭矩进行比对，进行迭代寻优，确定模拟用热膨胀系数α，一级摩擦压力10～20Mpa时，热膨胀系数α取1.27×10^-7m/℃～9.27×10^-7m/℃；

建立对库仑摩擦的摩擦系数μ和摩擦面的温度T、压力p以及旋转工件等效直径线速度V的函数关系，将函数关系写入对库仑摩擦的用户子程序usr_bcc.f，根据用户子程序usr_bcc.f生成新DEF_SIM.exe文件并替换原有的DEF_SIM.exe文件；函数关系为其中f₀、a_p、b_T、c_v为相关材料和工艺参数的影响因子，在0.6m/s～3.0m/s的范围内，c_v＝c₁-c₂V，其中c₁取1.20～1.50，c₂取0.18～0.24；公式中r为有限元单元的旋转半径，t为摩擦时间，μ(r,t)为旋转半径为r的有限元单元在t时刻的摩擦系数；

对双工件进行模拟处理，根据模拟处理结果修正摩擦焊接工艺。

2.如权利要求1所述基于DEFORM的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法，其特征在于，采用absoftprofortran修改Deform用户子程序usr_bcc.f，对库仑摩擦的用户子程序usr_bcc.f进行修改，建立摩擦系数μ和摩擦面的温度T、压力p以及旋转工件等效直径线速度V的函数关系。

3.如权利要求1所述基于DEFORM的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法，其特征在于，采用absoftprofortran修改Deform用户子程序usr_bcc.f，生成新的DEF_SIM.exe文件，用其替换Deform目录下的原始DEF_SIM.exe文件，重新运行Deform，加载新的DEF_SIM.exe文件，完成新嵌入模型的修改。

4.如权利要求1所述基于DEFORM的连续摩擦焊接弱规范的数值模拟方法，其特征在于，摩擦界面的接触条件选用混合摩擦，库仑摩擦值取User Rtn，UserRtn用于调用用户子程序usr_bcc.f，剪切摩擦值取Constant＝0.85。