本文關(guān)鍵詞：GTAW電弧熔池行為的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎢極氬弧焊(GTAW)因其獨(dú)特的優(yōu)勢,如焊縫美觀、焊接質(zhì)量好、智能自動(dòng)化程度高等,使其廣泛應(yīng)用在各制造領(lǐng)域上。在GTAW的焊接過程中,電弧、熔池的行為特征影響著焊接質(zhì)量,因此對其電弧、熔池的行為特征進(jìn)行研究是改善焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。然而,由于電弧、熔池的特殊屬性使得難以通過常規(guī)的辦法對其進(jìn)行觀察、測量、研究。計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,使得數(shù)值模擬技術(shù)已逐漸在各領(lǐng)域取得了相對較為廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)如今,憑借數(shù)值模擬技術(shù)對相關(guān)焊接問題進(jìn)行研究已成為研究焊接問題的一種新興方法。本文通過對GTAW進(jìn)行數(shù)值模擬,從而實(shí)現(xiàn)了對GTAW的電弧及熔池行為的研究。首先,基于GTAW的特點(diǎn)以及在流體力學(xué)理論基礎(chǔ)上建立了電弧、熔池全耦合下的二維瞬態(tài)GTAW軸對稱數(shù)學(xué)模型,憑借Fluent軟件以及對其UDF模塊的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了對數(shù)學(xué)模型控制方程組的求解。其次,采用基本算例與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式,對所建的GTAW模型進(jìn)行驗(yàn)證,通過比對分析說明本模型是滿足要求的。然后,本文在基本算例的基礎(chǔ)上,通過對其進(jìn)行擴(kuò)展、修正、優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)了對Ar、He混合氣體保護(hù)下GTAW電弧、熔池的研究。最后,本文對基本算例、擴(kuò)展算例的求解結(jié)果進(jìn)行后處理,處理后的結(jié)果表明:純氬氣和混合氣體下的GTAW電弧形態(tài)皆為鐘罩形狀,混合氣體中He的存在促使電弧全體發(fā)生收縮,促使工件附近處的電弧發(fā)生上揚(yáng),從而使得電弧作用在母材的有效加熱面積變小,隨著混合氣體He所占比例的增加,可使以上的現(xiàn)象變得更加明顯。此外,混合氣體中He的存在可使電弧更加穩(wěn)定,并且隨著其含量的增加,電弧穩(wěn)定性呈現(xiàn)出進(jìn)一步加強(qiáng)的趨勢。無論是在純氬氣,還是在混合氣體的保護(hù)下,GTAW的熔池所受的電磁力、表面張力均是熔池形狀動(dòng)態(tài)演變的主要源動(dòng)力;其中,表面張力、電磁力分別是促使熔池具有勺形形狀和碗狀形狀的主要驅(qū)動(dòng)力。然而,混合氣體中He的加入使熔池流動(dòng)情況發(fā)生較大的變化,He的含量對熔池內(nèi)主導(dǎo)力的歸屬具有一定的影響。隨著He含量的增加,GTAW的熔深以較大增加率增加,但其熔寬則以不同的減小率逐漸減小,直至趨于穩(wěn)定。本文在GTAW電弧、熔池行為特征的研究上以及在GTAW焊接工藝的優(yōu)化和焊接質(zhì)量的提高方面上,擁有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：GTAW Fluent 數(shù)值模擬 電弧形態(tài) 熔池形狀 混合氣體
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG444.74
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 符號說明10-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-24
• 1.2.1 電弧數(shù)值模擬的研究12-16
• 1.2.2 熔池?cái)?shù)值模擬的研究16-20
• 1.2.3 電弧熔池之間界面的研究20-23
• 1.2.4 電弧熔池全耦合的研究23-24
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容24-25
• 第二章 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)及CFD軟件25-33
• 2.1 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)25-28
• 2.1.1 CFD基礎(chǔ)25
• 2.1.2 流體動(dòng)力學(xué)基本方程25-26
• 2.1.3 CFD數(shù)值求解方法26-28
• 2.2 CFD軟件28-32
• 2.2.1 Fluent軟件簡介28-29
• 2.2.2 Fluent軟件結(jié)構(gòu)29-30
• 2.2.3 SIMPLE計(jì)算原理30-31
• 2.2.4 Fluent數(shù)值模擬過程31-32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 第三章 統(tǒng)一全耦合GTAW瞬態(tài)模型的建立及模擬的實(shí)現(xiàn)33-45
• 3.1 數(shù)學(xué)模型的建立33-41
• 3.1.1 基本假設(shè)33
• 3.1.2 控制方程組33-35
• 3.1.3 求解域35
• 3.1.4 網(wǎng)格的劃分35-37
• 3.1.5 邊界條件37-38
• 3.1.6 材料的物性參數(shù)38-41
• 3.2 模擬的實(shí)現(xiàn)41-43
• 3.2.1 UDF的二次開發(fā)41-43
• 3.2.2 求解過程43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第四章 GTAW數(shù)值模擬結(jié)果及數(shù)值分析45-67
• 4.1 基本算例45-52
• 4.1.1 基本算例45
• 4.1.2 模擬結(jié)果與討論45-51
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證51-52
• 4.2 擴(kuò)展算例52-64
• 4.2.1 混合氣體的物性參數(shù)52-53
• 4.2.2 模擬結(jié)果與討論53-64
• 4.3 本章小結(jié)64-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-79
• 致謝79-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄81

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本文編號：327535