本文關(guān)鍵詞：薄板單面焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值分析

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【摘要】：現(xiàn)代造船行業(yè)中,6mm及以下焊接薄板結(jié)構(gòu)被大量地應(yīng)用于船舶上層建筑及一些滾裝船的汽車甲板上。薄板結(jié)構(gòu)的焊接變形是焊接領(lǐng)域亟需解決的一大難題。焊接變形通常是由多種因素共同作用而引起的,而且涉及電弧物理、傳熱學(xué)、冶金學(xué)、力學(xué)等多門學(xué)科,情況復(fù)雜而且難于預(yù)測(cè)。隨著近年我國(guó)造船業(yè)的快速發(fā)展,靠累積經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制焊接中的殘余變形的傳統(tǒng)方法已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。因而,我們有必要深入研究焊接變形的原理,從理論上指導(dǎo)焊接生產(chǎn)實(shí)踐。對(duì)焊接變形的預(yù)測(cè)與計(jì)算始于上世紀(jì)二三十年代,但是,直到計(jì)算機(jī)技術(shù)被推廣普及,大型有限元軟件得以開(kāi)發(fā)使用,使用計(jì)算方法模擬復(fù)雜焊接過(guò)程才成為可能。在制造業(yè),采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以使材料利用率增加25%,生產(chǎn)成本節(jié)省30%,從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到實(shí)際投產(chǎn)的時(shí)間縮短40%[1],因此,計(jì)算機(jī)模擬為焊接技術(shù)的科學(xué)發(fā)展創(chuàng)造了有力的條件。焊接是一個(gè)局部瞬時(shí)加熱并隨后自然冷卻的熱過(guò)程。在焊接過(guò)程中,溫度迅速而劇烈的變化不但影響著金屬焊縫的組織,而且對(duì)接頭的力學(xué)性能和焊后的殘余變形也有很大作用。因而研究焊接溫度場(chǎng)的變化具有很現(xiàn)實(shí)的意義。本文在研究過(guò)程中,運(yùn)用大型通用有限元軟件ANSYS中的熱力學(xué)模塊,基于陶質(zhì)襯墊CO_2氣體保護(hù)焊工藝試驗(yàn)實(shí)例,以兩塊等尺寸6(mm)厚鋼板的陶瓷襯墊單面對(duì)接平焊工藝作為對(duì)比研究對(duì)象,進(jìn)行了薄板單面焊接溫度場(chǎng)的三維數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬中利用參數(shù)化編程語(yǔ)言(APDL)實(shí)現(xiàn)熱源沿焊縫的移動(dòng)(第二次焊接從第一次焊接起始位置開(kāi)始);采用單元“死生”技術(shù)模擬了多道焊中熔池金屬填充焊縫過(guò)程。本文研究了單面焊焊縫多道焊溫度場(chǎng)的三維動(dòng)態(tài)模擬,建立了可靠的研究方法,為進(jìn)一步研究應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)及改進(jìn)焊接工藝提供了理論依據(jù)和指導(dǎo),促進(jìn)了焊接有限元分析技術(shù)的推廣應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：薄板焊接變形 單面焊 溫度場(chǎng) 生死單元技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U671.8
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 緒論11-16
• 1.1 本文的研究背景11-12
• 1.2 CO_2氣保單面焊工藝12-13
• 1.3 焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬13-15
• 1.3.1 焊接溫度場(chǎng)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 焊接溫度場(chǎng)計(jì)算存在的問(wèn)題14-15
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 2 焊接溫度場(chǎng)的基本理論16-25
• 2.1 關(guān)于焊接溫度場(chǎng)的基本概念16-17
• 2.1.1 焊接溫度場(chǎng)16-17
• 2.1.2 溫度梯度17
• 2.1.3 熱流密度17
• 2.2 熱傳播的基本定律17-19
• 2.2.1 熱傳導(dǎo)17-18
• 2.2.2 熱對(duì)流18
• 2.2.3 熱輻射18
• 2.2.4 全部表面?zhèn)鳠?/span>18-19
• 2.3 導(dǎo)熱微分方程式19-20
• 2.3.1 控制方程式19
• 2.3.2 初始條件19
• 2.3.3 邊界條件19-20
• 2.4 焊接熱源20-24
• 2.4.1 焊接熱效率20-21
• 2.4.2 焊接熱源模型21-24
• 2.5 相變潛熱24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 3 基于ANSYS軟件的焊接溫度場(chǎng)模擬過(guò)程25-33
• 3.1 有限元法和有限元軟件25-26
• 3.1.1 有限元法25
• 3.1.2 幾種常用有限元程序25-26
• 3.2 ANSYS熱分析26-28
• 3.2.1 穩(wěn)態(tài)熱分析27
• 3.2.2 瞬態(tài)熱分析27
• 3.2.3 非線性分析27-28
• 3.3 ANSYS溫度場(chǎng)有限元分析的基本過(guò)程28-31
• 3.3.1 前處理28-29
• 3.3.2 加載和求解29-30
• 3.3.3 后處理30-31
• 3.4 參數(shù)化編程語(yǔ)言31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 4 陶質(zhì)襯墊CO_2單面焊溫度場(chǎng)模擬33-58
• 4.1 建模38-54
• 4.1.1 建立焊縫及工件的幾何模型38-39
• 4.1.2 材料的熱物理性能參數(shù)39-45
• 4.1.3 劃分網(wǎng)格45-54
• 4.2 邊界條件54-55
• 4.2.1 邊界條件54-55
• 4.2.2 初始條件55
• 4.3 熱源55-57
• 4.3.1 熱源模型55-56
• 4.3.2 熱源的移動(dòng)56-57
• 4.4 確定載荷步57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析研究58-66
• 5.1 溫度場(chǎng)計(jì)算58-65
• 5.1.1 垂直焊縫(寬度)方向各點(diǎn)的溫度歷程59-63
• 5.1.2 焊縫中心線各點(diǎn)的溫度時(shí)間變化歷程63-65
• 5.2 本章小結(jié)65-66
• 6 結(jié)論66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 附錄70-71
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄71-73

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