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FLUENT精典案例#362-搅拌摩擦焊仿真

7月前浏览10900

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了一个FLUENT精典案例#362-搅拌摩擦焊仿真,包括问题介绍、模型情况、网格情况、仿真方法、材料参数和基本结果。通过使用螺旋形槽口的焊头,将两块矩形薄板焊接在一起,并使用非结构网格和结构网格相结合的方式对焊头附近区域进行加密。在仿真过程中,采用欧拉流动公式进行计算,将焊件上表面、下表面、流体流动入口及出口、前进侧和回退侧均设为移动墙,轴肩端面与搅拌针侧面定义为旋转墙,旋转方向与搅拌工具旋转方向相同。在材料参数方面,使用密度1800、粘度0.01、比热1200、热导率180。基本结果包括水平截面速度分布、水平截面温度分布、竖直截面温度分布和竖直截面速度分布。最后,给出了一个流场三维图和放大图。


问题介绍

如下图所示的两块矩形薄板(铝合金的板料),在下板上均匀铺满直径为45μm的氢化钛颗粒和直径为1μm的氧化铝颗粒,将上板叠放至下板上方盖好后,将搅拌头移至上板中线处,再将搅拌头压入板料之中,保温后,以焊速一定的焊速和转速进行焊接(参照下左图)。

模型情况

焊头模型如下,矩形板略。


焊头上有螺旋形槽口,螺旋线方程:

x = (1.8 0.7*t) * cos (3* t * 360 )

y = (1.8 0.7*t)  * sin (3* t * 360 )

z = 2.85*t - 2.85

装配后的模型

按照焊接的实施方式,建模时将两块矩形板制作为如下图紫色长方体,焊头装配时将焊针压入矩形板内。

处理后的流场域模型

流场域处理时,须在矩形板中除去焊头所占体积。并抽取焊头附近区域为单独的流场域,焊头附近区域外部为另一个流场域。

网格情况

本例使用AM制作非结构网格。实际上比较理想的方式也可以对焊头外区域制作结构网格,焊头附近区域使用非结构网格。

对焊头附近区域使用BOI方式加密。


仿真方法

将金属材料视为流体且绕过旋转的搅拌针, 采用欧拉流动公式进行计算. 将焊件上表面、下表面、流体流动入口及出口、前进侧和回退侧均 设 为 移 动 墙, 移 动 速 度 与 焊 接 速 度相同, 移动方向与焊接方向相反。轴肩端面与搅拌针侧面定义为旋转墙, 旋转方向与搅拌工具旋转方向相同, 即顺时针旋转; 旋转频率与搅拌工具的旋转频率相同。
对于温度的模拟,可使用UDF或体积热源方式(使用体积热源需要将焊针作为固体域考虑进来)设置温度条件。简化处理时可根据搅拌摩擦焊温度场的分布特点, 取搅拌头区域的温度峰值为材料熔点的 80% , 譬如设置为 600 ℃(本例采用此种方式) , 并加载到旋转边界上, 作热-流耦合计算。

材料参数

600度时,使用密度使用1800,粘度0.01,比热1200、热导率180

基本结果

水平截面速度分布

水平截面温度分布

竖直截面温度分布

竖直截面速度分布

简单来个流场三维图

放大一下


下图是很久以前做的另一个搅拌摩擦焊案例。




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首次发布时间:2020-03-26
最近编辑:7月前
来去匆匆
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