3D finite element model of dynamic material behaviors for multilayer ultrasonic metal welding
3D finite element model of dynamic material behaviors for multilayer ultrasonic metal welding
复制标题
多层超声波金属焊接动态材料行为的 3D 有限元模型
DOI：
10.1016/j.jmapro.2020.12.039
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发表时间：
2021
影响因子：
6.2
通讯作者：
Ding, Hongtao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shen, Ninggang;Samanta, Avik;Cai, Wayne W.;Rinker, Teresa;Carlson, Blair;Ding, Hongtao
超声波金属焊接作为一种高产量的多层金属板固态连接技术得到了广泛的应用。在典型的UMW工艺中，多层工件材料通过滚花图案的焊头（也称为超声波焊极）机械压缩到铁砧工具上，并以超声波频率（20 kHz或更高）对焊头施加同时的面内滑动，以帮助在材料界面形成焊接。有一个很大的挑战，在建模和仿真的工作材料的动态行为和整个焊缝成形过程中受到超声机械载荷施加的滚花图案的喇叭工具。在这项工作中，有限元（FE）模型的开发，以模拟多层UMW过程中使用滚花图案的工具，通过直接施加超声波振动作为模型输入。对于0.1 ~ 0.5 s的短焊接持续时间，使用ABAQUS/Explicit开发了高保真有限元建模方法，以模拟20 kHz变幅杆振动下的动态材料响应。对于约1.0 s的延长的长焊接持续时间，一个计算效率高的混合方法，开发使用ABAQUS/显式和DEFORM-3D，以利用每个软件包的优势。所开发的模型进行了验证，使用实验数据的动态焊接力，温度和焊缝几何形状的UMW在现场工艺测量。在这项研究中开发的三维有限元模型是迄今为止最全面的解决方案，以模拟复杂的材料响应UMW工艺条件，并为UMW应用程序的设计提供工程指导。
Ultrasonic metal welding (UMW) has been widely applied as a high throughput solid-state joining technology for multilayers of sheet metal. During a typical UMW process, multilayer work materials are mechanically compressed by a knurl-patterned horn (also known as a sonotrode) onto an anvil tool, and a simultaneous in-plane sliding is applied to the horn at an ultrasonic frequency (20 kHz or higher) to help form the weld at the material interfaces. There is a great challenge in modeling and simulating the dynamic behavior of the work material and the whole weld formation process is subject to ultrasonic mechanical loadings imposed by the knurl-patterned horn tool. In this work, finite element (FE) models are developed to simulate the multilayer UMW process using knurl-patterned tools by directly applying the ultrasonic vibration as a model input. For a short weld duration of 0.1∼0.5 s, a high-fidelity FE modeling approach is developed using ABAQUS/Explicit to simulate the dynamic material response under the 20 kHz horn vibration. For an extended long welding duration of approximately 1.0 s, a computationally efficient hybrid approach is developed using both ABAQUS/Explicit and DEFORM-3D in order to leverage the strengths of each software package. The developed models are validated using experimental data of dynamic welding force, temperature, and weld geometry from in-situ process measurements of UMW. The 3D FE models developed in this study are the most comprehensive solution to date to simulate the complex material response subject to UMW process conditions and provide engineering guidance for the design of UMW applications.
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影响因子：
6.3
作者：
Hui-juan Huang;Jian Chen;Y. Lim;Xiaohua Hu;Jiahao Cheng;Zhili Feng;Xin Sun
通讯作者：
Hui-juan Huang;Jian Chen;Y. Lim;Xiaohua Hu;Jiahao Cheng;Zhili Feng;Xin Sun
影响因子：
8.4
作者：
Long, Yangyang;He, Bo;Twiefel, Jens
通讯作者：
Twiefel, Jens
DOI：
10.1007/s00170-019-03582-9
发表时间：
2019-07
期刊：
The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
影响因子：
--
作者：
A. Samanta;S. Xiao;N. Shen;Jingjing Li;Hongtao Ding
通讯作者：
A. Samanta;S. Xiao;N. Shen;Jingjing Li;Hongtao Ding
氧化膜对超声波焊接接头结合强度和焊接工艺的影响。
DOI：
--
发表时间：
1999
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--
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Takehiko Watanabe;Atsushi Yanagisawa;S. Konuma;A. Yoneda;O. Ohashi
通讯作者：
O. Ohashi
第一次世界大战与德国拘留日本人的问题（7）
DOI：
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发表时间：
2022
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『愛媛大学法文学部論集 社会科学編』
影响因子：
--
作者：
Dadabaev Timur;Shinohara Kenji;Djalilova Nigora;関ふ佐子;山城一真;梶原克彦・奈良岡聰智
通讯作者：
梶原克彦・奈良岡聰智