基于性能预测的搅拌摩擦焊接计算方法研究

通过搅拌摩擦焊接的界面行为机理的研究，建立基于流体力学和固体力学的搅拌摩擦焊接模型之间的关联。基于所建立的模型和再结晶理论，研究晶粒大小和焊接结构变形与温度变化的关系，进一步建立热影响区大小以及焊接质量与焊接参数之间的关系。通过蒙托卡罗法计算微观结构随焊接参数的变化，确立基于微观结构优化设计的搅拌摩擦焊接力学模型，并研究焊接缺陷产生的机理。通过对焊接缺陷产生机理的研究和损伤模型的建立，研究无法避免的焊接微缺陷对焊接结构力学性能的影响，最终确立焊接结构力学性能和宏观焊接参数控制的关系，发展和完善基于性能预测的搅拌摩擦焊接计算模型和计算平台。

建立了基于固体力学和流体力学的搅拌摩擦焊接欧拉模型，分析了搅拌摩擦焊接过程中的热生成机理，分析了搅拌摩擦焊接中的界面流动行为机理。基于所建立的搅拌摩擦焊接有限元模型，进一步结合再结晶理论，通过数值分析研究了焊接参数对搅拌摩擦焊接搅拌区、热影响区大小的影响以及对搅拌区晶粒尺寸变化的影响。通过建立Monte Carlo模型模拟了搅拌摩擦焊接中不同焊接区域的晶粒长大过程，通过与已有文献的对比验证了模型的有效性，并进一步讨论了焊接参数的影响及机理。通过建立搅拌摩擦焊接的顺序热力耦合模型，在预测和模拟搅拌摩擦焊接构件残余状态的基础上，研究了残余应力分布对搅拌摩擦焊接构件疲劳寿命的影响。提出了搅拌头受力计算和疲劳应力计算的解析方法，系统研究了焊接参数对搅拌头受力和疲劳寿命的影响。相关工作的完成为搅拌摩擦焊接机理研究提供了新的理论支持，为搅拌摩擦焊接技术的进一步工业化应用提供了支持和帮助。