1、攪拌摩擦焊接過程中，焊縫區(qū)域存在較大的溫度梯度，并且溫度場(chǎng)隨著攪拌頭的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，這種時(shí)間和空間尺度上的不均勻加熱和冷卻過程，必然會(huì)引起焊接殘余應(yīng)力和殘余變形。焊接殘余應(yīng)力會(huì)影響構(gòu)件的損傷容限和疲勞壽命，而殘余變形會(huì)影響焊接構(gòu)件的裝配。因此，研究攪拌摩擦焊接構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布、殘余變形和疲勞壽命，對(duì)攪拌摩擦焊接技術(shù)的工程應(yīng)用具有重要意義。盡管可以采用試驗(yàn)的方法來研究焊接結(jié)構(gòu)的殘余狀態(tài)和疲勞壽命，但試驗(yàn)方法容易受到周圍環(huán)境因素的影響，

2、可重復(fù)性差、周期長(zhǎng)。因此采用數(shù)值方法對(duì)攪拌摩擦焊接過程進(jìn)行研究是非常有必要的，可以避免費(fèi)時(shí)耗資的重復(fù)試驗(yàn)，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間成本和資金成本，對(duì)攪拌摩擦焊接的應(yīng)用和發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。
　　本文采用數(shù)值方法研究了平板對(duì)接焊和復(fù)雜結(jié)構(gòu)T型焊的溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力場(chǎng)分布情況以及焊后殘余變形，分析了構(gòu)件尺寸對(duì)殘余變形的影響，并通過優(yōu)化構(gòu)件尺寸降低焊接殘余變形;通過中心裂紋拉伸構(gòu)件和單邊裂紋偏心拉伸構(gòu)件研究了平板對(duì)接焊的殘余應(yīng)力對(duì)焊接構(gòu)件疲勞壽命

3、的影響，并通過詳細(xì)分析裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分布，揭示殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件疲勞壽命影響的機(jī)理。本文各章節(jié)安排如下:
　　第一章綜述了攪拌摩擦焊接技術(shù)的研究進(jìn)展，主要包括攪拌摩擦焊接數(shù)值模型、攪拌摩擦焊接構(gòu)件溫度場(chǎng)、攪拌摩擦焊接構(gòu)件殘余狀態(tài)和攪拌摩擦焊接構(gòu)件疲勞性能，并概述了本文工作的主要內(nèi)容。
　　第二章詳細(xì)介紹了順序熱力耦合模型的基本理論及其有限元格式，介紹了焊接熱源形式及其實(shí)施方法。然后介紹了斷裂力學(xué)基本理論和疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測(cè)方法

4、，其中包括裂紋擴(kuò)展模式和應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法，并對(duì)幾種裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測(cè)公式做了簡(jiǎn)要介紹。
　　第三章建立了順序熱力耦合有限元模型，并通過ABAQUS子程序接口DFLUX編寫攪拌頭移動(dòng)熱源程序，對(duì)攪拌摩擦焊接過程進(jìn)行數(shù)值仿真。通過數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了本文所建立模型的正確性。討論了數(shù)值模型的網(wǎng)格敏感性，分析模型網(wǎng)格尺寸對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，并給出了焊縫區(qū)域的合理網(wǎng)格尺寸，考察了不同熱源形式對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。采用試錯(cuò)法，研究了焊

5、接熱輸入功率與攪拌頭轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，并將熱輸入功率表示為攪拌頭轉(zhuǎn)速的函數(shù)。通過分析焊接過程中應(yīng)力變化過程，揭示焊接構(gòu)件產(chǎn)生彎曲變形的原因。研究了構(gòu)件尺寸對(duì)焊接殘余變形的影響，并建立構(gòu)件尺寸和殘余變形之間的關(guān)系式。
　　第四章研究了T型焊殘余應(yīng)力和殘余變形。建立了T型焊接數(shù)值模型，預(yù)測(cè)焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力場(chǎng)和殘余變形。理論分析了特殊形狀攪拌頭與構(gòu)件之間摩擦生熱情況，并采用移動(dòng)熱源的形式模擬攪拌頭的作用。對(duì)比了T型焊接構(gòu)件和平板對(duì)接焊

6、構(gòu)件殘余應(yīng)力分布形式，并研究筋板尺寸對(duì)殘余應(yīng)力的影響。通過分析放開夾具約束之前構(gòu)件的截面彎矩，揭示了T型焊接構(gòu)件殘余變形機(jī)理。考察了筋板尺寸和形狀對(duì)焊接殘余變形的影響，并通過優(yōu)化筋板尺寸減小焊接殘余變形。最后，研究了焊后熱處理對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響。
　　第五章研究了平板對(duì)接焊的殘余應(yīng)力對(duì)焊接構(gòu)件疲勞壽命的影響。建立了改進(jìn)的攪拌摩擦焊接順序熱力耦合模型，通過該模型可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)焊縫區(qū)域的殘余應(yīng)力。建立了焊接構(gòu)件的斷裂力學(xué)有限元模

7、型計(jì)算殘余應(yīng)力強(qiáng)度因子，通過與已有結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了該模型的正確性。采用線彈性斷裂力學(xué)疊加方法和裂紋閉合方法預(yù)測(cè)焊接構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展速率和疲勞壽命。詳細(xì)分析了裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分布情況，揭示殘余應(yīng)力對(duì)焊接構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展速率影響的機(jī)理。分析殘余應(yīng)力對(duì)中心裂紋和邊界裂紋疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響，找出危險(xiǎn)裂紋的位置。最后研究了焊接參數(shù)對(duì)焊接構(gòu)件疲勞壽命的影響，并將攪拌摩擦焊接構(gòu)件的疲勞壽命和TIG焊接構(gòu)件的疲勞壽命進(jìn)行了比較。
　　第六章對(duì)本文