[发明专利]一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法、电子设备、存储介质

权利要求书

1.一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定材料及参数，确定铝和钢的材料及其热物理参数；

建立实体模型，根据焊件尺寸进行建模并划分网格；

建立热源模型，根据焊接条件确定工艺参数并建立热源模型；

分析计算温度场，通过所述热源模型施加热源载荷，数值模拟计算得出温度场分布；

转换热分析单元，将热分析单元转换为对应的结构分析单元；

确定边界条件，根据焊接情况确定焊件的约束条件及受力；

分析计算应变场，通过温度场分析结果结合所述约束条件分析计算得出焊件应变分布情况，得出焊接变形量。

2.如权利要求1所述的一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，其特征在于：所述确定材料及参数步骤中，采用相似相近法、插值法及外推法确定铝和钢的材料对应的热物理参数；所述热物理参数包括温度、导热系数、比热容、密度、弹性模量、换热系数、泊松比、线膨胀系数、屈服应力、剪切模量。

3.如权利要求1所述的一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，其特征在于：所述建立实体模型步骤中，确定单元类型为SOLID70，根据所述焊件尺寸在ANSYS中进行建模并划分网格；建立的模型的母材区域网格单元尺寸与焊缝及热影响区处的网格单元尺寸比值不小于2。

4.如权利要求1所述的一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，其特征在于：所述工艺参数包括搅拌针旋转速度、焊接速度、偏移量；建立的热源模型为：

其中，Q₁、Q₂、Q₃分别表示搅拌头轴肩、搅拌针侧面及搅拌针端面与母材金属的摩擦产热量；Rp和Rs分别表示搅拌头轴肩和搅拌针的半径；α为轴肩内凹面与其边缘平面夹角；τ_shear为搅拌头上的摩擦剪切力；ω为搅拌头的角速度；k为轴肩形貌系数；

对于非圆柱的复杂形貌搅拌针，上式中Q₂计算公式改为：

Q₂＝β₂·τ₁·γω·cosθ＝β₂·[δτ_y+(1-δ)μ_fp₀sinξ]·γω·cosθ

其中，β₂为摩擦界面上的热转换效率；τ_y为屈服剪切应力；p₀为搅拌头的正压力；ξ为搅拌针锥度；δ为滑移系数；μ_f为摩擦系数；θ为搅拌头速度与界面的夹角。

5.如权利要求1所述的一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，其特征在于：所述分析计算温度场步骤包括施加热对流边界条件和施加焊接移动热源；

所述施加热对流边界条件为：焊缝区设定为绝热面，其余均为对流换热面，所述焊缝区为焊接时搅拌头轴肩经过的区域；

所述施加焊接移动热源为：沿焊接方向将焊缝长度等分为若干段，在各段的后点依次加载热源焊缝长度/焊接速度的时间，当下一个点加载开始时，消除上一点所加的热流密度和体积热，上一次加载所得的温度场为下一次加载的初始条件，每次加载为一个载荷步，依次在各点进行短时瞬态分析，模拟热源移动过程，对焊接瞬态温度场进行全程模拟；

所述施加焊接移动热源的相关参数包括焊接预热时间、焊接时间、冷却时间、步长。

6.如权利要求3所述的一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，其特征在于：所述转换热分析单元步骤中，将热分析单元SOLID70转换为相应的结构分析单元SOLID185。

7.如权利要求1所述的一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，其特征在于：所述边界条件设定为焊件沿焊接方向的两侧y方向位移约束为0，底面z方向位移约束为0，垂直于焊接方向靠近搅拌针初始插入点的侧面x方向位移约束为0；焊件受到搅拌头作用力，方向垂直向下。