【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的搅拌摩擦焊核心区温度监测方法
[0001]本专利技术属于搅拌摩擦焊温度监测领域，涉及一种基于数字孪生的搅拌摩擦焊核心区温度监测方法。
技术介绍
[0002]搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是一种固态焊接技术，通过高速旋转的搅拌头插入焊件内部，与焊件端面相互运动与摩擦，产生热量使焊件材料受热软化，在挤压的作用下完成焊接。FSW具有残余应力小、安全、无污染、可产生高质量接头等优点，起初应用于铝、镁合金等焊接熔点低的合金板材，后在高熔点材料方面也有较大发展。
[0003]FSW焊接过程中的温度场分布影响焊件材料的塑性流动性和焊件的微观组织，进而影响焊接接头的抗拉强度与焊缝质量。而由焊核区、热机影响区和热影响区组成的核心区温度场对焊接质量有着直接影响，已有研究表明，当核心区最高温度约为焊件材料液化线温度的80％时，焊接接头的抗拉强度最高；当核心区最低温度低于焊件材料固相线温度的80％时，接头的抗拉强度显著降低。核心区温度场也是焊缝塑性材料流动、接头组织结构转变、焊接参数优化、焊接...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的搅拌摩擦焊核心区温度监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：利用SolidWorks软件建立FSW三维模型，并将三维模型导入3DMax软件中进行轻量化处理与渲染，然后导入到Unity3D软件中；步骤2：分析FSW焊接过程的运动学关系，并建立各三维模型部件之间的父子关系，然后通过程序驱动的方式建立焊接过程的同步运动仿真模型；步骤3：利用Deform软件进行焊件的温度场仿真，提取温度场仿真模型中特征点的点坐标和相应的温度数据构建径向基神经网络RBF温度场插值预测模型，并采用广义Multi
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Quadic函数作为径向基函数，并将RBF温度场插值预测模型封装成C#脚本；同时利用顶点渲染法在生成焊件模型，转换为焊件自动生成脚本；然后按照温度由高到低对应红、绿、蓝渐变的温度数据颜色转换法则，编写为实时数据点进行颜色渲染的脚本，该脚本实现将核心区温度场数据以三维云图的形式呈现；将已建立的RBF插值脚本、焊件自动生成脚本、颜色渲染脚本与表面温度数据读取脚本相结合，实现焊接过程中焊件核心区任意位置的温度实时监测与三维可视化；步骤4：利用Deform软件实现FSW温度场仿真，获得表面温度和核心区温度数据集，借助Visual Studio软件中的ML.NET工具库对建立好的数据集进行训练，建立表面特征点温度与核心区温度的关联关系，进而建立SDCA核心区温度预测模型，并设置SDCA核心区温度预测模型实时预测的核心区峰值温度或最低温度阈值；步骤5：将已建立的同步运动仿真模型、RBF温度场插值预测模型与SDCA核心区温度预测模型集成于Unity3D软件中，组合成数字孪生模型；步骤6：在焊接过程中，基于TCP协议，将红外热像仪实时采集的采样区域内表面峰值和最低温度数据通过Socket通信的方式同步传输数据，实现表面温度的实时监测；同时，红外热像仪采集的采样区域内表面峰值和最低温度数据与数字孪生模型结合，对实际焊接过程进行动态、真实、多维度映射，实现焊件温度实时三维可视化功能与核心区温度监测功能；步骤7：当核心区峰值温度与最低温度超出焊件材料固液相温度阈值时触发越限报警功能，为焊接工艺调控提供参考。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的搅拌摩擦焊核心区温度监测方法，其特征在于，同步运动仿真模型的建立过程如下：结合已建立的FSW三维模型与运动学分析，建立模型间的运动学关系，FSW模型间的运动关系通过父子构造关系来描述，基于Unity3D建立FSW机床运动模型的树状结构；模型构件间父子构造关系建立后，通过父级物体上的脚本逐级获取其子物体的控制权；在Unity3D软件中通过Transform组件控制各零件模型的移动与旋转，基于运动学分析编写控制各模型运动的C#程序，并在虚拟场景中将程序拖拽到对应的模型上，添加Box Collider，Rigid Body组件，模拟真实世界的碰撞和重力效果，借助引擎的运行实现FSW焊接过程的同步映射；同时在Inspector组件上通过调节焊接工艺参...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓红，孙卓，贾振元，孙世煊，栾贻函，滕乐，杨帮华，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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