第44卷第3期2023年6月文章编号：1673-9590(2023)03-0034-07大连交通大学学报JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYVol.44No.3Jun.2023超声辅助搅拌摩擦焊接温度场与材料流动数值模拟马付建，陈绍,李锡伟（大连交通大学机械工程学院，辽宁大连116028）摘要：为了研究6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接过程中温度场与焊缝区域材料流动等行为，采用耦合欧拉-拉格朗日方法，考虑超声振动对工件材料属性的影响，建立了6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊热机耦合数值模型，通过示踪粒子监测材料流动行为，开展超声辅助搅拌摩擦焊试验，并对模型准确性进行验证。研究结果表明：焊接过程中焊缝材料首先被压缩至工件底部，随后在搅拌头的作用下向工件上表面与搅拌头后方流动；工件表面温度场与焊缝区域的等效塑性应变场均呈不对称分布，塑性应变区域集中于焊缝两侧共约25mm的区域内，区域温度均高于400℃；焊核区域的形状与尺寸及飞边的位置和尺寸的模拟结果与试验结果基本吻合，验证了建立的热机耦合数值模型的正确性。关键词：超声辅助搅拌摩擦焊；温度场；材料流动；示踪粒子文献标识码：A超声辅助搅拌摩擦焊（Ultrasonicassistedfric-tionstirwelding，UAFSW）是在搅拌摩擦焊（Fric-tionstirwelding，FSW）的基础上，将超声振动作为辅助能量引入焊接过程中"]，使焊缝区域的工件材料在超声能场与搅拌摩擦能场的复合作用下形成焊接接头。与FSW相比,UAFSW可以降低焊接载荷，提高焊接质量，近年来逐渐在航空航天、轨道交通列车与船舶制造等领域内铝合金关键构件的焊接加工中显现出优势[2-3]。UAFSW焊接过程中温度、应力、应变和材料流动等行为的研究对深入理解UAFSW焊接机理和有效控制焊接缺陷具有重要意义。目前对铝合金UAFSW焊接过程的研究主要包括焊接试验和仿真模拟两种方式。在焊接试验中[4-5],通常采用深埋热电偶或红外热像仪来获取焊接过程中的温度变化情况；通过标记材料示踪、彩泥模拟法和显微图像技术来获得焊接过程某一时刻的材料流动情况。由于焊接试验的复杂性与技术条件的限制,导致焊接试验在研究过程中的局限性。D0I:10.13291/j.cnki.djdxac.2023.03.006目前研究UAFSW焊接过程的数值模拟方法主要有简单外加热源法、任意拉格朗日－欧拉（ArbitraryLagrangian-Eulerian，ALE）法和计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)方法。简单外加热源法[6]通过定义焊接热源模拟焊接产热，适用于焊接温度场与残余应力场的研究；耦合欧拉-拉格朗日（Couple...
