常规的搅拌摩擦焊接（FSW），需要很大的轴向压力和搅拌头转矩来产生足够的摩擦热，导致设备体积庞大、搅拌头磨损、焊接速度较低。超声振动作为一种机械能，在加工过程中可降低材料的变形抗力。在FSW过程中施加超声振动，使得搅拌头周围的材料更容易发生塑性流动，从而可以改善焊接质量、降低焊接载荷并提高焊接速度。然而，超声振动对FSW焊接热过程和塑性材料流动的影响机理仍未阐明。本项目直接将超声振动施加在搅拌头前方的待焊工件上，研制了“超声振动强化搅拌摩擦焊接 (UVeFSW)” 实验系统；从数值分析和实验表征两方面研究了UVeFSW过程中超声能场与塑性流变材料的相互作用机理。 提出了三种定量表征剪切层内材料流动的实验方法，分别表征了搅拌头周围的塑性变形材料体积、连续流动的材料流速和非连续流动的材料应变和应变速率。基于位错热激活理论，分析了超声振动对塑性变形材料位错运动的影响，修正了材料本构关系。建立了“超声能场-热场-应变场-流场”耦合的UVeFSW数理模型，定量分析了UVeFSW过程中超声声压、声场能量密度、产热、传热、应变/应变速率、粘度和材料流动的动态变化规律。结果表明，搅拌头前方的超声振动能场与塑性变形材料相互作用，降低了材料的塑性变形激活能，产生声致软化效应，提高了搅拌头附近材料的塑性流动性，使得塑性变形材料体积扩大、焊核区晶粒发生细化并改变了晶粒取向、再结晶过程进行得更加彻底。阐明了超声振动改善焊接接头组织与性能的物理机制，为提升高强铝合金结构的焊接制造水平奠定了坚实基础。 本项目已发表期刊论文31篇（其中，SCI收录28篇，EI收录3篇）。在国际会议做特邀大会报告（Plenary/Keynote）3次、邀请报告（Invited）3次。授权发明专利1项。获得两项国际学术奖励。培养出站博士后1人、博士生6人、硕士生4人；有2篇学位论文被评选为2018和2016年度山东省优秀博士和硕士论文。组织举办国际会议1次。 2100433B