本書從實際工程應用的角度出發，通過實驗、理論與仿真相結合的方法，深入分析2219鋁合金厚板FSW溫度場，探究焊接工藝參數和攪拌頭結構參數對溫度場的影響規律，著重介紹2219鋁合金厚板FSW溫度場仿真分析與工藝技術，在實現2219鋁合金厚板FSW溫度場高精度仿真的基礎上，提出FSW核心區極值溫度監測方法，實現了基于數字孿生的核心區極值溫度監測，為2219鋁合金厚板FSW的高質量焊接提供了理論基礎和技術支撐。本書內容涉及物理學、材料力學、傳熱學、有限元仿真、數字孿生、機器學習等多學科理論與技術，對解決攪拌摩擦焊領域相關技術難題具有參考價值。
(1) 2003-09 至 2008-01, 大連理工大學, 機械電子工程, 博士
(2) 2000-09 至 2003-07, 內蒙古農業大學, 機械電子工程, 碩士
(3) 1996-09 至 2000-07, 吉林大學, 機械設計及自動化, 學士(1) 2018-12 至 今, 大連理工大學, 機械工程學院, 教授
(2) 2011-12 至 2018-12, 大連理工大學, 機械工程學院, 副教授
(3) 2016-08 至 2017-08, 美國佐治亞理工學院Georgia Institute of Technology, 機械工程學院, 無
(4) 2010-03 至 2011-12, 大連理工大學, 機械工程學院, 講師
(5) 2008-03 至 2010-03, 大連理工大學儀器科學與技術博士后流動站"高性能復雜曲面跨尺度圖案微波天線精密制造技術與裝備"，教育部科學技術成果鑒定, 2016年，大連市科學技術進步獎一等獎“高檔數控機床滾動功能部件制造及性能綜合測試關鍵技術”（2016）；國家自然科學獎二等獎（排名7） （2019年）無
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 2219鋁合金組成、性質及應用 1
1.2 攪拌摩擦焊接原理、特點及應用 3
1.3 FSW溫度場研究進展 6
1.3.1 基于實驗的FSW溫度場 6
1.3.2 基于數值分析的FSW溫度場研究 12
1.4 焊接工藝參數對FSW溫度場的影響 18
1.5 攪拌頭結構參數對FSW溫度場的影響 23
1.6 2219鋁合金厚板FSW溫度場及工藝研究面臨的挑戰 28
參考文獻 29
第2章 基于實驗的2219鋁合金厚板FSW溫度場表征 38
2.1 FSW溫度場檢測和分析系統開發 38
2.1.1 基于K型熱電偶的硬件系統開發 38
2.1.2 基于LabVIEW的軟件系統開發 41
2.1.3 系統測量精度 55
2.2 2219鋁合金厚板FSW溫度場分析 56
2.2.1 2219鋁合金厚板FSW溫度場測量實驗 56
2.2.2 工藝參數對焊接溫度的影響 63
2.2.3 線性能量因子對焊接溫度的影響 66
2.3 基于最小二乘支持向量機的FSW溫度場表征 68
2.4 本章小結 73
參考文獻 73
第3章 基于熱源模型的2219鋁合金厚板FSW溫度場分析 75
3.1 熱源模型 75
3.1.1 不考慮攪拌針產熱的熱源模型 75
3.1.2 考慮攪拌針產熱的熱源模型 77
3.2 傳熱模型 84
3.2.1 熱傳導 85
3.2.2 熱對流 86
3.2.3 熱輻射 86
3.3 不同熱源模型獲得的溫度分布 86
3.3.1 不考慮攪拌針產熱的溫度分布 89
3.3.2 考慮攪拌針產熱的溫度分布 90
3.4 熱源模型驗證 91
3.5 本章小結 93
參考文獻 93
第4章 基于DEFORM的2219鋁合金厚板FSW溫度場表征 95
4.1 2219鋁合金厚板FSW溫度場仿真模型 95
4.1.1 傳熱學理論 95
4.1.2 剛黏塑性理論 95
4.1.3 溫度場仿真模型的建立與實現 97
4.1.4 溫度場仿真模型的驗證 101
4.2 2219鋁合金厚板FSW核心區極值溫度表征 103
4.2.1 支持向量回歸迭代法 103
4.2.2 基于SVR的表面特征點與核心極值溫度關聯關系模型 106
4.2.3 核心區溫度預測結果分析 111
4.3 本章小結 113
參考文獻 114
第5章 2219鋁合金厚板FSW工藝參數優化 115
5.1 FSW攪拌頭下壓及停留預熱階段焊接工藝參數優化 115
5.1.1 正交設計方案 116
5.1.2 仿真結果與方差分析 116
5.1.3 攪拌頭轉速與停留預熱時間對溫度場的影響 121
5.2 焊接進給階段焊接工藝參數優化 124
5.2.1 焊接工藝參數對核心區峰值溫度的影響 124
5.2.2 焊接工藝參數對FSW核心區溫差的影響 127
5.2.3 FSW核心區峰值溫度與最低溫度曲面擬合 129
5.2.4 焊接進給階段焊接工藝參數范圍的有效性驗證 132
5.3 本章小結 135
參考文獻 135
第6章 基于ABAQUS的2219鋁合金厚板FSW溫度場表征 137
6.1 基于ABAQUS/CEL的FSW溫度場仿真模型 137
6.1.1 幾何模型的建立及裝配 137
6.1.2 材料參數模型與網格劃分 139
6.1.3 CEL仿真方法及質量縮放 140
6.1.4 產熱機理和熱邊界條件 141
6.1.5 摩擦模型和材料本構模型 141
6.1.6 2219鋁合金厚板FSW過程仿真實現 142
6.2 焊接工藝參數對溫度場的影響 144
6.2.1 攪拌頭轉速對焊接溫度場的影響 144
6.2.2 焊接速度對焊接溫度場的影響 145
6.3 單軸肩FSW攪拌頭結構參數對溫度場的影響 146
6.3.1 攪拌頭形貌特征對焊接溫度場的影響 146
6.3.2 攪拌頭結構參數優化 149
6.3.3 攪拌頭結構參數優化結果的實驗驗證 152
6.4 本章小結 153
參考文獻 153
第7章 2219鋁合金厚板雙側復合FSW工藝研究 155
7.1 雙側復合FSW溫度場仿真模型的建立 156
7.1.1 幾何模型的建立及裝配 156
7.1.2 機械邊界條件設定 158
7.1.3 雙側復合FSW仿真實現及溫度場特征 158
7.2 雙側復合FSW工藝優化 160
7.2.1 正交設計方案 160
7.2.2 仿真結果 161
7.2.3 方差分析 161
7.3 雙側復合FSW攪拌頭相對位置對溫度場的影響 166
7.3.1 仿真方案設計 166
7.3.2 仿真結果及分析 167
7.4 本章小結 171
參考文獻 171
第8章 2219鋁合金厚板FSW核心區極值溫度監測 173
8.1 基于紅外熱像儀的FSW焊件表面溫度高精度測量 174
8.1.1 紅外測溫原理 174
8.1.2 FSW過程中紅外測溫精度的影響因素 175
8.1.3 FSW焊件表面溫度測量實驗 181
8.2 2219鋁合金厚板FSW溫度場仿真 183
8.2.1 FSW溫度場仿真模型的建立 183
8.2.2 FSW特征點溫度提取及模型驗證 186
8.3 基于表面特征點溫度的核心區極值溫度監測 188
8.3.1 FSW表面特征點溫度與核心區極值溫度數據集的獲取 188
8.3.2 表面溫度與核心區溫度關聯關系模型的建立 189
8.4 FSW核心區極值溫度監測 190
8.5 FSW核心區極值溫度在位表征系統研發 195
8.5.1 系統硬件搭建 195
8.5.2 系統軟件開發環境 196
8.5.3 系統功能設計與實現 196
8.6 本章小結 198
參考文獻 199
第9章 基于數字孿生的FSW核心區極值溫度監測 200
9.1 隨機雙坐標上升算法 200
9.2 基于SDCA的FSW核心區極值溫度表征模型 202
9.2.1 基于溫度場仿真的數據集 202
9.2.2 基于SDCA的核心區溫度表征 204
9.3 FSW過程中的數字孿生技術 206
9.3.1 FSW系統的五維模型 206
9.3.2 FSW過程的運動仿真模型 208
9.3.3 物理實體與虛擬實體的數據交互 211
9.4 FSW核心區溫度監測的技術實現與系統集成 213
9.4.1 FSW核心區溫度的三維可視化 213
9.4.2 基于數字孿生的FSW核心區極值溫度在位表征系統的集成與驗證 214
9.5 本章小結 218
參考文獻 218
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