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第1章 绪论1

1.1 搅拌摩擦焊研究进展2

1.2 搅拌摩擦焊数值模拟研究进展8

参考文献12

第2章 有限元基础和数值模型21

2.1 弹性力学基础21

2.2 变分原理基础25

2.3 有限元基础28

2.3.1 三角形单元28

2.3.2 矩形单元41

2.3.3 四面体单元43

2.3.4 六面体单元44

2.3.5 数值积分46

2.4 本构方程47

2.4.1 非率相关本构模型47

2.4.2 率相关本构模型51

2.4.3 Perzyna模型52

2.4.4 Duvaut-Lion模型53

2.4.5 Cowper-Symonds过应力模型53

2.4.6 图形返回算法54

2.5 数值模型55

2.5.1 移动热源模型55

2.5.2 顺序热力耦合模型58

2.5.3 欧拉模型和任意拉格朗日-欧拉模型62

2.5.4 自适应网格重剖分模型67

2.5.5 光滑粒子法数值模型68

2.5.6 流体力学模型70

参考文献72

第3章 传质与传热76

3.1 热源分析76

3.1.1 摩擦生热76

3.1.2 热输入功率与搅拌头转速的关系79

3.1.3 能量转换及塑性生热的热贡献81

3.2 焊接参数对焊接温度的影响87

3.2.1 ALE模型87

3.2.2 移动热源模型90

3.3 材料流动与塑性变形95

3.3.1 物质点运动规律95

3.3.2 焊接参数影响102

3.3.3 等效塑性应变分析116

3.3.4 焊接缺陷121

3.3.5 流线分析124

参考文献125

第4章 残余状态及热处理127

4.1 残余应力128

4.1.1 基于温度场的热力耦合模型128

4.1.2 热力耦合模型130

4.1.3 顺序热力耦合模型135

4.1.4 焊接叶轮残余应力144

4.2 残余变形151

4.3 热处理影响160

4.3.1 焊接平板160

4.3.2 T型板171

参考文献174

第5章 焊接构件疲劳与寿命178

5.1 应力强度因子与裂纹扩展速率180

5.2 叶轮轮轴接触部位裂纹扩展189

5.3 叶轮叶片的概率失效200

5.4 搅拌摩擦焊平板寿命预测208

5.5 搅拌摩擦焊与TIG焊对比220

参考文献224

第6章 搅拌头的受力与疲劳228

6.1 搅拌头受力计算228

6.1.1 流体力学模型228

6.1.2 网格重剖分模型235

6.2 搅拌头疲劳应力计算245

6.3 搅拌头疲劳寿命254

参考文献263

第7章 微观结构及力学性能267

7.1 再结晶数值模拟267

7.1.1 再结晶与材料流动267

7.1.2 转速影响274

7.1.3 搅拌针影响282

7.1.4 轴肩影响286

7.2 蒙特卡罗法292

7.3 沉淀相及力学性能预测302

7.3.1 形核率303

7.3.2 生长率303

7.3.3 粒子尺寸分布304

7.3.4 离散方程304

7.3.5 数值计算流程305

7.3.6 强化模型306

参考文献309