鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高等優點，可廣泛應用于航空航天、通信和汽車等領域。但鎂合金焊接性能較差，難以實現與其他構件的可靠連接，這成為制約鎂合金應用的技術瓶頸之一。攪拌摩擦焊（FSW）是一種新型的塑化連接工藝，可在固態條件下實現同種/異種合金連接。但使用該工藝容易在焊接接頭中產生殘余應力，不利于合金的疲勞性能。因此，為了預測焊接結構壽命，保證其在靜、動載荷下安全服役，模擬并預測焊接接頭的殘余應力是該課題的重要方向之一。

近日，來自伊朗科技大學的A. R. Eivani博士等人基于平滑粒子流體動力學（SPH）模型，通過優化自適應神經模糊推理系統（ANFIS），嘗試建立能準確預測不同攪拌摩擦焊工藝參數下AZ91鎂合金殘余應力分布的集成SPH-ANFIS模型。研究結果表明，SPH模型模擬的殘余應力與超聲波檢測結果較為符合，驗證了該模型的準確性；通過對優化后的ANFIS模型進行測試，發現模擬結果與實驗結果擬合良好，該模型可有效預測不同焊接參數下AZ91的殘余應力；超聲波試驗驗證結果表明，集成的SPH-ANFIS模型能夠較好模擬焊接/溫度因素對殘余應力分布的影響。

通過SPH模型分別模擬了旋轉速度（600 rpm、900 rpm、1200 rpm）、焊接速度（50 mm/min、100 mm/min、150 mm/min）和預熱等對AZ91攪拌摩擦焊后殘余應力分布的影響。模擬結果表明，轉速越快，焊接處的峰值溫度越高，焊核區寬度越寬，殘余應力越大（見圖1）；焊接速度降低，輸入的熱量增加，產生的殘余應力較小（見圖2）；在不同焊接工藝參數條件下，縱向和橫向殘余應力均隨預熱溫度升高而減小，預熱后樣品中產生均勻變形（見圖3）。

圖1 在150 mm/min的恒定焊接速度和不同旋轉速度下焊接后試樣中的殘余應力場分布（未預熱）：（a）600 rpm，（b）900 rpm和（c）1200 rpm

圖2 在900 rpm的恒定轉速和不同轉速下焊接試樣中的殘余應力場分布（未預熱）：（a）50 mm/min（b）100 mm/min和（c）150 mm/min

圖3 不同工藝條件下攪拌摩擦焊試樣的殘余應力場分布：（a）轉速600 rpm、焊接速度100 mm/min、未預熱；（b）轉速600 rpm、焊接速度100 mm/min、預熱；（c）轉速1200 rpm、焊接速度150 mm/min、未預熱；（d）轉速1200 rpm、焊接速度150 mm/min

自適應神經模糊推理系統（ANFIS）是一種具備自適應學習能力和基于邏輯規則推理的高性能計算模型。通過構建該模型并不斷優化，輸入預定轉速、焊接速度、預熱和焊縫中心距離，模擬焊接參數對殘余應力的影響規律。在合理范圍內隨機選取16組模擬數據結果，與實驗數據進行比較以評估模型的準確度，擬合結果如圖4所示，表明該模型的精確度較高。

圖4 ANFIS結果與實驗數據進行交叉驗證

通過將超聲波檢測結果與SPH模型模擬結果進行比較，發現模擬的殘余應力與實驗測得殘余應力具有很好的一致性，表明該模型能夠準確預測攪拌摩擦焊AZ91的殘余應力分布（圖5）。

圖5 通過超聲波檢測驗證SPH模型