7、搅拌摩擦焊瞬态热分析与铝合金废料回收研究

搅拌摩擦焊瞬态热分析与铝合金废料回收研究

1. 搅拌摩擦焊瞬态热分析

1.1 摩擦应力处理

在ANSYS中，将摩擦应力 τ 作为温度的函数输入。由于热通量输入急剧下降时加载会使求解难以收敛，因此采用最佳拟合线性函数，确保温度不超过熔点，更准确模拟实际搅拌摩擦焊（FSW）。

1.2 边界条件

为模拟FSW的热特性，使用如下控制方程：
$\frac{\partial}{\partial x}(K\frac{\partial T}{\partial x}) + \frac{\partial}{\partial y}(K\frac{\partial T}{\partial y}) + \frac{\partial}{\partial z}(K\frac{\partial T}{\partial z}) = \rho C\frac{\partial T}{\partial t}$
其中：
- $K$：材料热导率（$W/m^2$）
- $\rho$：材料密度（$kg/m^3$）
- $C$：比热容（$J/kg\cdot^{\circ}C$）
- $T$：温度（$^{\circ}C$）
- $t$：时间（$s$）

初始条件：$t = 0$ 时，$T = T_{\infty}$
第一边界条件：$t > 0$ 时，工具表面 $q_n = -q_{sup}$
第二边界条件：$t > 0$ 时，其余表面 $q_n = q_{conv} = h_f(T - T_{\infty})$

为模拟热特性，施加以下载荷：
- 表面热通量