镁合金具有密度低、比强度和比刚度高等优点,可广泛应用于航空航天、通信和汽车等领域。但镁合金焊接性能较差,难以实现与其他构件的可靠连接,这成为制约镁合金应用的技术瓶颈之一。搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型的塑化连接工艺,可在固态条件下实现同种/异种合金连接。但使用该工艺容易在焊接接头中产生残余应力,不利于合金的疲劳性能。因此,为了预测焊接结构寿命,保证其在静、动载荷下安全服役,模拟并预测焊接接头的残余应力是该课题的重要方向之一。 近日,来自伊朗科技大学的A. R. Eivani博士等人基于平滑粒子流体动力学(SPH)模型,通过优化自适应神经模糊推理系统(ANFIS),尝试建立能准确预测不同搅拌摩擦焊工艺参数下AZ91镁合金残余应力分布的集成SPH-ANFIS模型。研究结果表明,SPH模型模拟的残余应力与超声波检测结果较为符合,验证了该模型的准确性;通过对优化后的ANFIS模型进行测试,发现模拟结果与实验结果拟合良好,该模型可有效预测不同焊接参数下AZ91的残余应力;超声波试验验证结果表明,集成的SPH-ANFIS模型能够较好模拟焊接/温度因素对残余应力分布的影响。 通过SPH模型分别模拟了旋转速度(600 rpm、900 rpm、1200 rpm)、焊接速度(50 mm/min、100 mm/min、150 mm/min)和预热等对AZ91搅拌摩擦焊后残余应力分布的影响。模拟结果表明,转速越快,焊接处的峰值温度越高,焊核区宽度越宽,残余应力越大(见图1);焊接速度降低,输入的热量增加,产生的残余应力较小(见图2);在不同焊接工艺参数条件下,纵向和横向残余应力均随预热温度升高而减小,预热后样品中产生均匀变形(见图3)。 图1 在150 mm/min的恒定焊接速度和不同旋转速度下焊接后试样中的残余应力场分布(未预热):(a)600 rpm,(b)900 rpm和(c)1200 rpm 图2 在900 rpm的恒定转速和不同转速下焊接试样中的残余应力场分布(未预热):(a)50 mm/min,(b)100 mm/min和(c)150 mm/min 图3 不同工艺条件下搅拌摩擦焊试样的残余应力场分布:(a)转速600 rpm、焊接速度100 mm/min、未预热;(b)转速600 rpm、焊接速度100 mm/min、预热;(c)转速1200 rpm、焊接速度150 mm/min、未预热;(d)转速1200 rpm、焊接速度150 mm/min 自适应神经模糊推理系统(ANFIS)是一种具备自适应学习能力和基于逻辑规则推理的高性能计算模型。通过构建该模型并不断优化,输入预定转速、焊接速度、预热和焊缝中心距离,模拟焊接参数对残余应力的影响规律。在合理范围内随机选取16组模拟数据结果,与实验数据进行比较以评估模型的准确度,拟合结果如图4所示,表明该模型的精确度较高。 图4 ANFIS结果与实验数据进行交叉验证 通过将超声波检测结果与SPH模型模拟结果进行比较,发现模拟的残余应力与实验测得残余应力具有很好的一致性,表明该模型能够准确预测搅拌摩擦焊AZ91的残余应力分布(图5)。 图5 通过超声波检测验证SPH模型 声明:以上所有内容源自各大平台,版权归原作者所有,我们对原创作者表示感谢,文章内容仅用来交流信息所用,仅供读者作为参考,一切解释权归镁途公司所有,如有侵犯您的原创版权请告知,经核实我们会尽快删除相关内容。鸣谢:镁途公司及所有员工诚挚感谢各位朋友对镁途网站的关注和关心,同时,也诚挚欢迎广大同仁到网站发帖、投稿. |
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