(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211286879.1 (22)申请日 2022.10.20 (71)申请人 北京轨道交通 技术装备集团有限公 司 地址 100070 北京市丰台区育仁南路3号院 1号楼1118室 申请人 北京市基础设施投资有限公司 (72)发明人 邢松龄　韩博　周海鹏　王旭　 周晓文　李充　计梦男　沈旭奎　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 张珊珊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 搅拌摩擦焊 仿真分析方法、 装置及电子设备 (57)摘要 本发明提供了一种搅拌摩擦焊仿真分析方 法、 装置及电子设备， 其中， 该方法包括： 获取待 焊接的铝合金型材在预设的搅拌摩擦焊工艺条 件下的实际温度场； 建立铝合金型材的有限元模 型， 并设置工装加载条件； 确定有限元模型在工 装加载条件 下的仿真温度场； 在仿真温度场与实 际温度场不一致的情况下， 修正物理参数； 在修 正后的工装加载条件下对有 限元模型进行受力 分析， 确定铝合金型材焊接后的力学性能。 通过 本发明实施例提供的技术方案， 以真实的焊接测 温对有限元模型进行校正， 并采用热 ‑力耦合的 有限元仿真分析方法， 仿真精度高， 能够更加准 确地分析铝合金型材的力学性能， 进而能够准确 评价铝合金 型材焊接接头结构设计的合理性。 权利要求书2页 说明书16页 附图4页 CN 115510719 A 2022.12.23 CN 115510719 A 1.一种搅拌摩擦焊仿真 分析方法， 其特 征在于， 包括： 获取待焊接的铝合金型材在预设的搅拌摩擦焊工艺条件下的实际温度场， 所述实际温 度场包括所述铝合金 型材表面不同位置处的实际温度随时间的变化情况； 建立所述铝合金型材的有限元模型， 并设置工装加载条件， 所述工装加载条件包括与 所述搅拌摩擦焊工艺条件相同的工艺条件以及影响温度场的物理参数； 确定所述有限元模型在所述工装加载条件下的仿真温度场， 所述仿真温度场包括所述 有限元模型不同位置处的仿真温度随时间的变化情况； 在所述仿真温度场与所述实 际温度场不一致的情况下， 修正所述物理参数， 直至所述 仿真温度场与所述实际温度场一 致； 在修正后的工装加载条件下对所述有限元模型进行受力分析， 确定所述铝合金型材焊 接后的力学性能。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述获取待焊接的铝合金型材在预设的搅 拌摩擦焊工艺条件下的实际温度场， 包括： 获取待焊接的铝合金型材在预设的搅拌摩擦焊工艺条件下位于不同位置处的采样点 在不同采样时刻的实际温度， 形成实际温度场； 所述采样点与焊缝中心之间的距离大于轴 肩的半径， 且任一所述采样点与所述焊缝中心之间的距离与至少部 分其他采样点与所述焊 缝中心之间的距离不同。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 在所述确定所述有限元模型在所述工装加 载条件下的仿真温度场之后， 还 包括： 确定所述铝合金型材与所述有限元模型的至少一个相同所述采样点所在位置处的温 度随时间的变化情况之间的差异； 确定所述铝合金型材与所述有限元模型在至少一个相同所述采样时刻的温度分布之 间的差异； 在两种差异均小于预设阈值的情况 下， 确定所述仿真温度场与所述实际温度场一 致。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述建立所述铝合金型材的有限元模型， 包括： 按照所述铝合金 型材的真实尺寸进行三维建模， 确定所述铝合金 型材的几何模型； 对所述几何模型的断面按照距离焊缝中心的距离远近至少分为焊核区、 热影响区和母 材区， 所述焊缝中心位于所述焊核区内， 所述热影响区与所述焊缝中心之间的距离小于所 述母材区与所述焊缝中心之间的距离； 对所述几何模型的断面设置有限元网格， 且所述焊核区、 所述热影响区、 所述母材区的 有限元网格的密度依次降低； 在垂直于所述几何模型的断面的方向上进行扫掠划分， 生成所述铝合金型材的有限元 结构； 为所述有限元结构中的每个有限元网格设置材料物理参数随温度的变化情况， 生成所 述有限元模型。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述确定所述有限元模型在所述工装加载 条件下的仿真温度场， 包括： 为所述有限元模型的有限元网格设置适用于温度分析的第 一网格类型， 得到第 一有限权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510719 A 2元模型； 设置温度场仿真边界条件， 所述温度场仿真边界条件包括： 搅拌头热源输入、 铝合金型 材与空气的对流换 热以及铝合金型材与卡具接触区域热传导； 将搅拌针和轴肩均等效为圆柱模型， 为所述第一有限元模型提供热流； 所述搅拌针提 供的热流为覆盖所述搅拌针所在区域的体积热流， 所述轴肩提供的热流为整个轴肩区域均 匀的面热流； 在所述温度场仿真边界条件的约束下， 对在所述工装加载条件下的所述第 一有限元模 型进行计算， 确定 仿真温度场。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述在修正后的工装加载条件下对所述有 限元模型进行受力分析， 包括： 为所述有限元模型的有限元网格设置适用于受力分析的第 二网格类型， 得到第 二有限 元模型； 设置用于限制工装卡具位移的位移场仿真边界条件， 并根据所述工装加载条件中的搅 拌头下压力确定应力场边界条件； 以所述仿真温度场作为输入， 在所述位移场仿真边界条件和所述应力场 边界条件的约 束下， 对在修正后的工装加载条件下 的所述第二有限元模型进行计算， 确定仿真的瞬态应 力场。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述搅拌摩擦焊采用双轴肩搅拌头的情 况下， 所述设置 工装加载 条件， 包括： 将双轴肩所作用的等效压力作为所述工装加载 条件中的搅拌头下压力。 8.一种搅拌摩擦焊仿真 分析装置， 其特 征在于， 包括： 获取模块， 用于获取待焊接的铝合金型材在预设的搅拌摩擦焊工艺条件下的实际温度 场， 所述实际温度场包括所述铝合金 型材表面不同位置处的实际温度随时间的变化情况； 模型模块， 用于建立所述铝合金型材的有限元模型， 并设置工装加载条件， 所述工装加 载条件包括与所述搅拌摩擦焊工艺条件相同的工艺条件以及影响温度场的物理参数； 温度分析模块， 用于确定所述有限元模型在所述工装加载条件下的仿真温度场， 所述 仿真温度场包括所述有限元模型不同位置处的仿真温度随时间的变化情况； 修正模块， 用于在所述仿真温度场与所述实 际温度场不一致的情况下， 修正所述物理 参数， 直至所述仿真温度场与所述实际温度场一 致； 受力分析模块， 用于在修正后的工装加载条件下对所述有限元模型进行受力分析， 确 定所述铝合金 型材焊接后的力学性能。 9.一种电子设备， 包括总线、 收发器、 存储器、 处理器及存储在所述存储器上并可在所 述处理器上运行的计算机程序， 所述收发器、 所述存储器和所述处理器通过所述总线相连， 其特征在于， 所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求 1至7中任一项 所述的搅 拌摩擦焊仿真 分析方法中的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序 被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的搅拌摩擦焊仿真 分析方法中的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510719 A 3