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大型厚壁结构焊接过程的
数值模拟研究
与应用
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为了对大型水轮机蜗壳的焊接残余应力和变形进行数值模拟,本文首先对焊
接热源模型及多层多道焊的温度场进行了研究。焊接温度场的准确定量是焊接应
力应变分析的前提。温度场包含了焊接过程的充分的信息,其研究结果对焊接基
本问题的认识和焊接结构的生产具有重要的作用。
在对已有热源模型分类并仔细分析典型热源模型的基础上,提出了动态热源
模型的概念和热源模型的三要素。并结合红外成像实验,对短路过渡C02气体保
护焊的温度场进行了研究。发现在熔池及其邻近区域的温度场呈现锥形加喇叭形
的分布特点,不同于以往TIG焊和手工焊条电弧焊的高斯分布。在上述研究的基
础上,建立了结合电弧热流高斯分布和熔滴热流锥形分布的结合型的热流分布模
式。并经实验验证以及与高斯热源模型的数值模拟结果进行比较,证明其应用于
有熔滴过渡行为的能量密度更加集中的GMAW的数值模拟结果较好。
此外,在分析多层多道焊的热流特点的基础上,对多层多道焊具体的工艺条
件及对流辐射条件的动态变化对温度场的影响进行了研究,提出了分层采用不同
的热源模型的数值模拟方法。并对每层宜采用的不同的热参数进行了研究,得出
了计算各层热效率值的经验公式。此外,重点对双椭球热源模型的热流分布参数
的取值规律和不同取值所造成的最大热流密度的误差进行了分析,得出了热流分
布参数的一些取值规律。经实验验证,综合应用这些研究结果而建立的多层多道
焊数值分析模型是有效的。
基于上述研究结果,对二滩水电开发有限责任公司的大型水轮机蜗壳的焊接
过程进行了数值模拟。研究了蜗壳的两种典型焊接结构和典型焊缝,即蜗壳瓦片
纵缝焊接和管节组装环缝焊接的应力变形特点,研究结果对蜗壳的焊接生产具有
重要的指导作用。
船舶资料
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数值模拟研究
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目:气固两相流中颗粒间互相影响规律的数值模拟研究学生姓名: 指导教师:内蒙古科技大学毕业论文 流化床燃烧锅炉在运行过程中普遍存在着颗粒团聚现象。产生这一现象的主要原因在于气相流体与固相颗粒之间复杂的相
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数值模拟研究
与模具设计
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论文分类号TG302 汽车半轴花键冷挤压工艺数值模拟研究与模具设计Die Design NumericalSimulation ColdExtrusion Process AutomobileSemi
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基于ANSYS的焊接温度场和应力的
数值模拟研究
.pdf
焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包
括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力
和变形等。一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟,我们就可以通过计
算机系统来确定焊接各种结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参
数。
焊接是一个局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。随着热源的
移动,整个焊件的温度随时间和空间急剧变化,材料的物理性能参数也随温
度剧烈变化,同时还存在熔化和相变时的潜热现象。因此,焊接温度场的分
析属于典型的非线性瞬态热传导问题。因为焊接温度场分布十分不均匀,在
焊接过程中和焊后将产生相当大的焊接应力和变形。焊接应力和变形的计算
中既有大应交、大变形等几何非线性问题又有弹塑性变形等材料非线性问
题。焊接温度场与应力场是双向藕合的,由于应力应变场对温度场的影响比
较小,加上计算条件的限制,前人更多地只考虑温度场对应力场的影响这一
单向藕合。本文在考虑焊接温度场与应力场是双向藕合的情形下进行了尝
试。在总结前人经验的基础上,通过平板堆焊实例利用直接法同时计算焊接
温度场和应力场,模拟出了焊接过程。
本文研究的主要内容包括:在计算过程中材料性能随温度变化而变化,
属于材料非线性问题;选用高斯函数分布的热源模型,利用函数功能实现热
源的移动。建立了焊接瞬态温度分布数学模型,解决了焊接热源移动的数学
模拟问题:讨论了热源移动速度、焊弧有效半径等参数对结果的影响。对焊
接过程产生的应力进行了实时动态模拟,利用本文模拟分析方法,可以对焊
接过程的热应力及残余应力进行预测。
通过研究和算例验证,本文建立了可行的三维焊接温度场、应力的动态
模拟分析方法,为复杂焊接结构进行三维焊接温度场、应力的分析提供了理
论依据和指导,促进了有限元分析技术在焊接力学分析以及工程中的应用。
关键
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数值模拟研究
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