镁合金具有密度低、比强度和比刚度高等优点，可广泛应用于航空航天、通信和汽车等领域。但镁合金焊接性能较差，难以实现与其他构件的可靠连接，这成为制约镁合金应用的技术瓶颈之一。搅拌摩擦焊（FSW）是一种新型的塑化连接工艺，可在固态条件下实现同种/异种合金连接。但使用该工艺容易在焊接接头中产生残余应力，不利于合金的疲劳性能。因此，为了预测焊接结构寿命，保证其在静、动载荷下安全服役，模拟并预测焊接接头的残余应力是该课题的重要方向之一。

近日，来自伊朗科技大学的A. R. Eivani博士等人基于平滑粒子流体动力学（SPH）模型，通过优化自适应神经模糊推理系统（ANFIS），尝试建立能准确预测不同搅拌摩擦焊工艺参数下AZ91镁合金残余应力分布的集成SPH-ANFIS模型。研究结果表明，SPH模型模拟的残余应力与超声波检测结果较为符合，验证了该模型的准确性；通过对优化后的ANFIS模型进行测试，发现模拟结果与实验结果拟合良好，该模型可有效预测不同焊接参数下AZ91的残余应力；超声波试验验证结果表明，集成的SPH-ANFIS模型能够较好模拟焊接/温度因素对残余应力分布的影响。

通过SPH模型分别模拟了旋转速度（600 rpm、900 rpm、1200 rpm）、焊接速度（50 mm/min、100 mm/min、150 mm/min）和预热等对AZ91搅拌摩擦焊后残余应力分布的影响。模拟结果表明，转速越快，焊接处的峰值温度越高，焊核区宽度越宽，残余应力越大（见图1）；焊接速度降低，输入的热量增加，产生的残余应力较小（见图2）；在不同焊接工艺参数条件下，纵向和横向残余应力均随预热温度升高而减小，预热后样品中产生均匀变形（见图3）。

图1 在150 mm/min的恒定焊接速度和不同旋转速度下焊接后试样中的残余应力场分布（未预热）：（a）600 rpm，（b）900 rpm和（c）1200 rpm

图2 在900 rpm的恒定转速和不同转速下焊接试样中的残余应力场分布（未预热）：（a）50 mm/min（b）100 mm/min和（c）150 mm/min

图3 不同工艺条件下搅拌摩擦焊试样的残余应力场分布：（a）转速600 rpm、焊接速度100 mm/min、未预热；（b）转速600 rpm、焊接速度100 mm/min、预热；（c）转速1200 rpm、焊接速度150 mm/min、未预热；（d）转速1200 rpm、焊接速度150 mm/min

自适应神经模糊推理系统（ANFIS）是一种具备自适应学习能力和基于逻辑规则推理的高性能计算模型。通过构建该模型并不断优化，输入预定转速、焊接速度、预热和焊缝中心距离，模拟焊接参数对残余应力的影响规律。在合理范围内随机选取16组模拟数据结果，与实验数据进行比较以评估模型的准确度，拟合结果如图4所示，表明该模型的精确度较高。

图4 ANFIS结果与实验数据进行交叉验证

通过将超声波检测结果与SPH模型模拟结果进行比较，发现模拟的残余应力与实验测得残余应力具有很好的一致性，表明该模型能够准确预测搅拌摩擦焊AZ91的残余应力分布（图5）。

图5 通过超声波检测验证SPH模型