基于隐式IB-LBM的二维搅拌摩擦焊接模拟

本文首次采用隐式浸入边界格子Boltzmann方法(IB-LBM)对二维搅拌摩擦焊接过程中的输运现象及搅拌头受力状况进行数值模拟与分析。两个不同的多松弛方程被分别用来求解速度场及温度场,搅拌头受力由浸入边界法计算得到。采用一种可移动的分块网格技术加密变形区域。搅拌头-工件界面考虑部分黏着/滑移接触条件,并通过模拟得到的扭矩计算产热量,形成工艺内部产热的自适应。结合实验数据,分析了2024-T3铝合金焊材的热量物质流动特性以及搅拌头受力特点。讨论了搅拌头转速及焊接速度对产热以及搅拌头受力影响。另外,研究发现三平面搅拌针作用下的搅拌区域明显大于圆形搅拌针。