本文關(guān)鍵詞：焊接熔池相變傳熱特性及流體動(dòng)力學(xué)分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 焊接過程是一個(gè)涉及到傳熱傳質(zhì)、金屬的熔化與凝固的復(fù)雜過程,焊接熱源的能量分布以及焊接熔池中的流體流動(dòng)及其傳熱過程對(duì)焊接質(zhì)量有著極為重要的影響。采用科學(xué)的方法建立焊接熔池和焊接電弧的數(shù)學(xué)模型,定量地分析焊接熔池中流場與溫度場,描述焊接熔池中的相變傳熱及流體流動(dòng)特性,分析焊接熱源的形態(tài)及能量分布,對(duì)實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化控制有重要的實(shí)際和理論意義。本文以焊接工藝為研究背景,以Fluent軟件為計(jì)算平臺(tái),在總結(jié)前人的成果基礎(chǔ)上,分析了金屬相變傳熱過程以及流體流動(dòng)特性對(duì)焊接熔池形成的影響。文中對(duì)材料熱物性參數(shù)的溫度依賴性、熔化潛熱以及工件表面換熱系數(shù)等參數(shù)的影響進(jìn)行了理論分析以及數(shù)值模擬分析。 (1)用高斯熱源模型建立了運(yùn)動(dòng)電弧熱源模型,分析了焊接工藝參數(shù)對(duì)溫度場的影響,計(jì)算結(jié)果表明,隨著焊接電流的增大或焊接速度的減小,熔池體積增加,熔寬和熔深都增大。隨著焊接速度的提高,熔池近熔合線區(qū)溫度梯度增大,熔池深寬比減小。 (2)焊縫和熱影響區(qū)金屬組織的變化,除了金屬本身的冶金因素之外,還決定于焊接熱循環(huán)。某點(diǎn)所經(jīng)歷的加熱速度、加熱的最高溫度、高溫停間和隨后的冷卻速度都決定著該點(diǎn)的組織和性能。隨著焊接速度的提高,熔池近熔合線區(qū)溫度梯度增大,熱影響區(qū)也隨之變小。 (3)分析了在熔池形成過程中,熔池內(nèi)金屬熔體的流動(dòng)情況對(duì)熔池發(fā)展的影響;并在熔池形成過程中考慮了慣性力、熱浮力、表面張力等因素的影響。在焊接熱源作用下,在熱源中心附近其熔體的表面溫度最高,偏離熔池中心區(qū)域越遠(yuǎn),熔體的表面溫度越低。這樣由于熔池內(nèi)溫度分布不均勻,造成表面張力大小不等,溫度越高的地方表面張力越小,這種表面張力差驅(qū)使液體從低表面張力區(qū)流向高表面張力區(qū),而這樣流動(dòng)的結(jié)果又使液面產(chǎn)生了高度差,在重力作用下,熔體重新回流,形成對(duì)流。 (4)以激光焊接過程為研究對(duì)象,運(yùn)用數(shù)值模擬方法分析了運(yùn)動(dòng)熱源作用下激光深熔焊接熔池行為,研究了激光熔焊工藝參數(shù)對(duì)焊接熔池行為的影響。基于固液界面的不穩(wěn)定性,引入固液界面非均勻系數(shù),對(duì)激光焊接過程中金屬汽化現(xiàn)象進(jìn)行了分析。
【關(guān)鍵詞】：相變傳熱 熔池 溫度場 激光焊接 汽化
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TG402
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 本文的研究背景9-10
• 1.2 焊接熔池相變傳熱特性研究歷史與現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 TIG 焊熔池內(nèi)流體流動(dòng)以及形成研究進(jìn)展10-11
• 1.2.2 激光高能束焊接相變傳熱特性及熔池形成研究進(jìn)展11-13
• 1.3 本文的研究內(nèi)容13-15
• 第2章 數(shù)值方法介紹與計(jì)算流體力學(xué)概述15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 數(shù)值方法介紹15-18
• 2.2.1 有限元法15-16
• 2.2.2 有限差分法16
• 2.2.3 邊界元法16-17
• 2.2.4 有限體積法17-18
• 2.3 計(jì)算流體力學(xué)概述18-19
• 2.4 本章小結(jié)19-21
• 第3章 焊接過程中熔池內(nèi)溫度場分析21-37
• 3.1 引言21
• 3.2 焊接熔池溫度場有限元模型的建立21-25
• 3.2.1 熱源模型的選取21-24
• 3.2.2 材料熱物理參數(shù)對(duì)數(shù)值模擬的影響24-25
• 3.3 數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析25-35
• 3.3.1 焊接熔池?cái)?shù)學(xué)模型25-27
• 3.3.2 焊接熔池的溫度場分析27-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第4章 焊接相變傳熱過程的數(shù)值模擬37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 固-液相變傳熱問題解析求解方法37-40
• 4.2.1 移動(dòng)界面的邊界條件37-39
• 4.2.2 密度變化的影響39
• 4.2.3 考慮對(duì)流項(xiàng)的影響39-40
• 4.2.4 移動(dòng)界面的非線性特征40
• 4.2.5 相變問題的解析解40
• 4.3 固-液相變傳熱問題求解有限元方法40-45
• 4.3.1 焓法模型41-43
• 4.3.2 顯熱容法模型43-44
• 4.3.3 等效熱容法模型44
• 4.3.4 擬源項(xiàng)法模型44-45
• 4.4 焊接熔池熔體流場數(shù)值模擬分析45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-49
• 第5章 激光焊接過程中相變傳熱特性研究49-67
• 5.1 引言49-50
• 5.2 激光焊接過程熔池中的對(duì)流傳熱分析50-53
• 5.2.1 流動(dòng)和傳熱問題控制方程50-51
• 5.2.2 激光焊接熔池中的對(duì)流換熱問題51
• 5.2.3 影響激光焊熔池內(nèi)熔體對(duì)流的因素51-53
• 5.3 基于流體體積函數(shù)的氣-液界面演化捕捉53-57
• 5.3.1 氣-液界面控制方程54-56
• 5.3.2 無相變界面捕捉算例分析56-57
• 5.4 焊接過程中熔池內(nèi)金屬蒸發(fā)過程分析57-64
• 5.4.1 相變界面捕捉方法57-58
• 5.4.2 激光焊接熔池內(nèi)熔體蒸發(fā)物理模型58-59
• 5.4.3 熔池內(nèi)熔體蒸發(fā)過程數(shù)值模擬分析59-64
• 5.5 本章小結(jié)64-67
• 總結(jié)與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況74-75
• 致謝75

【引證文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 莊學(xué)強(qiáng);大型液化天然氣儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散數(shù)值模擬[D];武漢理工大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 霍丹;焊接熔池中的流體力學(xué)方程數(shù)值模擬研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2011年

2 姜麗麗;基于多重網(wǎng)格方法的焊接熔池中耦合場的數(shù)值模擬研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2012年

3 吳剛;鋁合金激光-TIG復(fù)合焊接殘余應(yīng)力與變形的數(shù)值分析[D];電子科技大學(xué);2012年

4 歐陽自鵬;鋁合金T型接頭雙激光束雙側(cè)同步焊接穩(wěn)定性研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：焊接熔池相變傳熱特性及流體動(dòng)力學(xué)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：371055