在搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)过程中,搅拌针是搅拌头中最脆弱的部分,其变形或断裂是影响搅拌针寿命的重要因素,而针对搅拌针寿命的研究较少报道。为此,本论文采用Fluent热流固耦合模拟搅拌头的界面温度场和压力场,并将模拟结果导入ANSYS进行稳态热分析、静力学分析、模态分析、应力分析和疲劳分析,研究搅拌摩擦焊的热-机械过程、搅拌头的振动特性以及搅拌针的寿命,从而建立一种搅拌摩擦焊热-机械-寿命的仿真分析方法。采用Fluent热流固耦合模拟了搅拌摩擦焊的热-机械过程,模拟的工件热循环、搅拌头横向力和扭矩与实验结果均吻合较好。通过将搅拌头的界面温度场和压力场导入ANSYS进行稳态热分析和静力学分析,研究了搅拌头的温度分布和应力分布。结果表明,搅拌头最容易在搅拌针前进侧前端近根部处发生断裂。基于ANSYS模态分析研究了焊接应力和搅拌头悬伸长度对搅拌头模态频率的影响规律。焊接应力会导致搅拌头的模态频率降低约12%。随着搅拌头悬伸长度的增加,搅拌头的模态频率先迅速降低,然后再缓慢降低。采用ANSYS应力分析和疲劳分析分别探究了搅拌针的承载能力和疲劳寿命,进而研究了焊接参数对搅拌针寿命的影响规律。搅拌针的寿命随着旋转速度的增加而增加,随着焊接速度的增加而降低。在355 rpm旋转速度下,当焊接速度为5 mm/s时,搅拌针的寿命为6490 m;当焊接速度增加到10.7 mm/s时,搅拌针将发生屈服变形,搅拌针的寿命为0。探究了搅拌针直径和锥角对搅拌针寿命的影响规律,结果表明:随着搅拌针直径的增加,搅拌针横向力变化很小,但搅拌针扭矩会明显增加,导致在较低的转速比时,搅拌针的寿命并不能明显增加;随着搅拌针锥角的增加,搅拌针横向力基本不变,搅拌针扭矩轻微增加,搅拌针寿命显著提高。