AnsysWB-FSW(搅拌摩擦焊热应力仿真) 原创

搅拌摩擦焊（FSW）是一种固态焊接技术，用于金属的连接，无需填充材料。一个圆柱形旋转工具插入牢固夹紧的工件中，并沿着待焊缝移动。随着工具沿焊缝移动，工具肩部与工件之间的摩擦产生热量。工件材料的塑性变形也会产生额外的热量。产生的热量使工件材料热软化。工具的移动使软化的工件材料从前部流向工具后部并在此处凝固。随着冷却，两块板之间形成一个连续的固体焊缝。整个过程中不会发生熔化，产生的温度始终低于所连接金属的固相线温度。搅拌摩擦焊相较于传统焊接技术具有诸多优势，并已在航空航天、汽车和造船等行业成功应用。

在搅拌摩擦焊过程中，热行为和机械行为是相互依存的。由于温度场会影响应力分布，因此本示例采用了一个完全热机械耦合模型。该模型由具有结构和热自由度的耦合场实体单元组成。模型包含两块矩形钢板和一个圆柱形工具。在模型上施加了所有必要的机械和热边界条件。模拟分三个载荷步进行，分别代表过程中的压入、停留和移动阶段。

计算得出的摩擦热生成量和塑性热生成量表明，工具肩部与工件之间的摩擦是产生大部分热量的原因。在板片的接触界面处规定了一个粘结温度，以此来模拟工具后面的焊接过程。当接触表面的温度超过这个粘结温度时，接触状态就会转变为粘结状态