摩擦搅拌焊接模拟教程 | FSW 高级课程

摩擦搅拌焊接 (FSW) 涉及复杂的材料流动和塑性变形。焊接参数、工具几何形状等对材料流动模式、热分布以及最终的材料组织演变都有重要影响。在 Abaqus 摩擦搅拌焊接示例中，工具的旋转运动及其与工件的摩擦会导致热量产生、强度损失以及工具周围材料延展性的增加。工具的进给运动使材料从工具前端转移到后端，最终形成连接。因此，热量在这一过程中起着至关重要的作用，而诸如转速、工具进给速度、工具几何形状等参数都会对控制输入热量、材料的扰动和流动模式、微观组织演变以及最终焊缝质量产生显著影响。本摩擦搅拌焊接示例仿真教程将向您展示如何模拟 Abaqus FSW 仿真过程，以便您能够准确预测所有相关参数对焊接过程的影响。在大多数已实施的项目中，焊泥和焊接缺陷（焊缝过充、重叠、焊缝间隙）是不可见且无法预测的；然而，在本模拟中，这些情况是可见的。本项目旨在帮助参与者更好地理解如何准确模拟摩擦搅拌焊（FSW）过程，从而观察焊缝的整体外观。.

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摩擦搅拌焊接模拟教程 | FSW 高级课程

产品 Informations

这是Abaqus中一个高级的摩擦搅拌焊接模拟；如果您需要 更多示例，您可以在下面的软件包中找到其中 6 个：

研讨会1：钢铝板摩擦搅拌焊接模拟
研讨会2：基于Abaqus中欧拉方法的铝板摩擦搅拌焊接仿真
研讨会3：Abaqus中两块钢板的摩擦搅拌焊接模拟
研讨会4：基于SPH方法的摩擦搅拌焊接模拟
研讨会5：摩擦搅拌点焊热力学模拟（采用ALE方法）
研讨会 6：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物摩擦搅拌焊接模拟

1. 引言 | 摩擦搅拌焊接模拟教程

摩擦搅拌焊接涉及复杂的材料流动和塑性变形。焊接参数、工具几何形状等对材料流动模式、热分布以及最终材料的组织演变都有重要影响。一般来说，摩擦搅拌焊接工艺的变量包括工具转速、工具进给速度、工具对工件施加的垂直压力、工件厚度、工具特性（尺寸、几何形状、工具材料和工具表面涂层材料）、偏转角（工具相对于工件表面垂直线的角度）、工件的约束方式等。在摩擦搅拌焊接中，工具的旋转运动及其与工件的摩擦接触会导致热量产生、强度损失以及焊针周围材料延展性的增加；工具的进给运动使材料从工具前端转移到后端，最终形成连接。因此，热量在这一过程中起着至关重要的作用，诸如转速、工具进给速度、工具几何形状等参数都会对控制输入热量、材料的扰动和流动模式、微观结构的演变以及最终焊缝的质量产生显著影响。在大多数已实施的项目中，焊泥和焊接缺陷（焊缝过充、重叠、焊缝间隙）是不可见且无法预测的；然而，在本摩擦搅拌焊接模拟教程中，这些情况是可见的。本项目旨在帮助参与者更好地理解如何精确模拟摩擦搅拌焊接过程，从而观察焊缝的整体外观。.

2. Abaqus摩擦搅拌焊接（PDF文件）

本Abaqus摩擦搅拌焊接项目展示了如何模拟FSW过程，从而能够准确预测所有相关参数对过程的影响。分析的输出结果包括：工具和工件的温度、应力分布场、材料流动和焊缝外观、沿工件宽度方向的正应力图等。.

在大多数已实施的项目中，焊接泥浆和焊接缺陷（焊接过充和重叠、焊缝间隙）是不可见且不可预测的；然而，在本模拟中，这些情况是可见的。.
该分析的输出结果包括：工具和工件的温度、应力分布场、材料流动和焊接外观、工件宽度路径上的正应力图等。.
该项目旨在增强参与者对如何准确模拟 FSW 工艺以观察焊接外观的理解。.

图 1：FSW 工艺中焊缝的总体外观

2.1 问题描述

例1-考虑空隙区域的摩擦搅拌焊接：

本例包含一个欧拉部分（两个铝样品和一个空隙区域）和一个拉格朗日工具。.

图 2：示例 1 中欧拉部分和拉格朗日工具的几何形状

例2：不考虑空隙区域的摩擦搅拌焊接：

本例包含一个欧拉域（两个铝样品）和一个拉格朗日工具。.

图 3：示例 2 中欧拉部分和拉格朗日工具的几何形状

1. 引言 | 摩擦搅拌焊接模拟教程

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2. Abaqus摩擦搅拌焊接（PDF文件）

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3. 工作坊（视频文件）：Abaqus FSW仿真分步指南

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2.2 项目流程

搭建软件环境：

在 Abaqus 中建模：创建零件和材料属性，定义 FSW 工艺的 3 个步骤，定义机械-热相互作用，确定初始条件和边界条件等。.

提交工作
查看结果

2.3. 执行项目流程

搭建软件环境

几何学： 本例包含一个欧拉部分（两个铝样品和一个空隙区域）和一个拉格朗日工具。.

步骤： 该问题的分析步骤为“动态-温度-分布”。FSW工艺的三个步骤是：

渗透，,
旋转（用于稳定）和
焊接（送丝）。.

互动： 整个模型的摩擦相互作用（= 0.42 和正常硬接触），样品底部与水的对流换热（h = 1000）），其他表面与空气的对流换热（h = 25） ).

边界条件： 对于欧拉区域在 X 方向的侧面，V1=0；对于欧拉区域的底面，V2=0；对于欧拉区域在 z 方向的侧面，V3=0；对于穿透步骤中的工具，V2= -0.0321 m/s 且 VR2=95 rad/s；对于旋转步骤中的工具，VR2=95 rad/s；对于焊接步骤中的工具，V2= -2.5E-06 m/s 且 V3= 0.00045 m/s 且 VR2=95 rad/s；并确定样品和工具的初始温度为 24 摄氏度。.

提交工作

在职位模块中，创建职位后，您应该提交该职位。.

如何提取结果的指南

视频中详细展示了提取结果的过程。.

图 4：铝部件的节点温度

3. 工作坊（视频文件）：Abaqus FSW仿真分步指南

在Abaqus FSW仿真研讨会上，我们选取了两块铝板进行摩擦搅拌焊接。研讨会通过视频提供了完整的逐步指导，以简化摩擦搅拌焊接的仿真过程。.

在视频中，我们使用了三个“动态温度分布”步骤，并定义了摩擦搅拌焊（FSW）工艺所需的所有输出参数。我们采用基于流体体积法的欧拉方法对铝样品进行建模。该方法通过计算铝材料在每个单元内的欧拉体积分数（EVF）来追踪其在网格中的流动。随后，我们以一种相对简单的方式定义了铝样品与拉格朗日工具之间的相互作用。接着，我们施加了初始条件和边界条件，例如初始温度、进给量和旋转速度。最后，我们详细演示了如何提交作业并提取结果。.

看看会很有帮助 Abaqus 文档 要理解为什么在没有任何辅助工具的情况下启动 Abaqus 仿真会如此困难 Abaqus教程.

需要注意的是，在使用 Abaqus 进行仿真时，务必注意输入数值的单位。没错！Abaqus 本身没有单位，但您输入的数值必须使用一致的单位。您可以了解更多相关信息。 Abaqus中的单位制。.

您可以在我们的博客中阅读有关焊接模拟、焊接方法以及如何在 Abaqus 中进行模拟和焊接操作的内容： ” Abaqus焊接仿真完全指南：基本方法和理论详解“。”.

此外，我们还有其他教程；每个教程都针对特定类型的焊接而设计：

Abaqus中的摩擦搅拌焊接（FSW）模拟基层

Abaqus焊接完整教程

Abaqus中的电弧焊接仿真

Abaqus中的惯性焊接模拟（旋转摩擦焊接）

摩擦搅拌焊接模拟教程 | FSW 高级课程有 1 个评价

评分 4 / 5

阿达夫 – 2024 年 5 月 23 日

这次培训最让我受益匪浅的是，它全面而详细地讲解了摩擦搅拌焊的关键参数及其对材料流动模式、温度分布以及最终焊缝质量的影响。这种对焊接工艺的深入理解使我能够更有信心地优化工艺参数，从而获得高质量的焊缝。.

总而言之，这套全面而完整的培训课程帮助我掌握了摩擦搅拌焊接工艺的高级模拟技能。我向所有从事焊接领域的工程师或研究人员推荐这套培训课程。.
- CAE 助理组专家 – 2024年5月27日
  
  谢谢！