计算机在焊接中的应用-复习题

计算机在焊接中的应用
1.计算机技术在焊接工艺工装、焊接检验、弧焊设备及焊接自动化控制系统等方面已获得广泛应用。

应用软件主要集中在：焊接工艺管理、焊接专家系统、数据库与应用软件等方面。

2.焊接专家系统
（1）概念：所谓焊接专家系统是指专门设计的用以模仿某一领域专家的知识和推理方法，并能像人类专家一样解决待定领域复杂问题的计算机软件系统。

（2）特点：与常规过程计算机程序相比，具有如下特点：1）知识大多是被个人拥有的专家知识；2）输出结果通常是建议或选择；3）可以了解推理过程。

（3）结构：专家系统主要包括知识库、推理机、数据库和人机接口。

（4）应用：焊接专家系统主要集中在焊工资格考试选择、焊接结构安全评定、缺陷诊断型专家系统、焊缝成本估算、焊材选择、焊接结构CAD、焊接方法选择等方面。

3.焊接机器人
（1）概念是从事焊接的工业机器人，是在计算机控制下可编程自动机器根据环境和作业需要，具有一项或多项拟人功能，还能程度不同的具有环境感知能力、语言功能、思维能力，使其在某一特定领域代替人。

（2）构成：焊接机器人以工作站为单元，其外围设备包括：变位机、输送装置以及机器人用焊接电源等。

4.计算机仿真
（1）概念：将系统模型放在计算机上，通过运行间接的对系统某方面进行实验研究的方法和过程。

（2）应用：主要应用在焊接工艺制订、焊接设备研制及控制系统改进等。

（3）焊机闭环数字仿真程序框图
5.计算机断层扫描技术：是一种由数据到图像的重建技术，它根据分析横断面一组投影数据，经过计算处理后，得到物体横断面图像。

6.在焊接领域中应用的计算机技术主要有数据库技术、专家系统技术、CAD和CAM 系统、计算机仿真技术、模式识别技术、数值计算技术、计算机辅助焊接过程控制等
7.模式识别技术：是把研究的对象图像化和数字，然后通过对图像的处理，根据图像特点进行分类的一种技术，如焊接组织识别分类及焊接缺陷识别及分类等。

8.CAM技术应用领域示意图
9.常见焊接材料设计困难及常见研究方法
焊接材料的设计是一个多因子试验设计问题, 因子之间存在着的交互作用和非线性效应,每一因子所起的作用大小及其性质不仅取决于它本身，而且还取决于其他组分的存在和加人量, 因在焊接材料性能与其组分之间没有固定的函数系可遵循,这给焊接材料的设计造成了较大的困难。

若要通过对焊接材料组分中的各因子进行全面验寻求最优配方, 则因试验次数太多, 往往是可能实现的。

面对这种情况,国内外对焊接材料设计多年来均采用传统的“经验法”及“单因子换法”。

“经验法”是凭借已有经验调节焊接材料配方, 其局限性较大, 特别在开发新的焊接材料时有盲目性,甚至迷失方向。

“单因子轮换法”是固定若干因子不变,只改变一个因子,求得其最含量,然后再依次轮换改变其他因子进行试验,得相应的最佳含量,一直到求出比较“满意”的实验结果为止。

局限性：
上述试验方法虽然简便易行,但由于试验设计不具科学性,不能考察各因子之间的交互作用,所提取的试验信息片面性大,即使耗费大量人力、物力,也难以找到最优配方。

10.焊接材料的计算机辅助设计：不是从化学反应的实质人手去解决问题,而是从黑箱理论出发,忽略中间环节,只考虑条件的输人和结果的输出。

即是根据对焊接材料性能的要求,按照最优化理论建立焊接材料性能指标与配方中各组分间的数学模型,然后再利用计算机寻找最优配方。

按照该最优配方研制的焊接材料其焊接工艺及熔敷金属的性能均应达到最优,因此其熔敷金属的成分及组织也达到了最佳配比。

采用该方法设计焊接材料配方具有定量化、最优化、周期短和质量高等特点。

11.焊接材料的计算机辅助设计工作流程：选择或建立数学模型、解析数学模型,求解最优配方、审查研究、试验验证和实施
12.焊接材料的计算机辅助设计软件采用模块化结构包括试验设计、建模、预报、优化、绘图和数据等六个分模块。

13.焊接材料最优化设计是研究和解决在一切可能方案中寻求最优方案的一门科学。

它是立足于研究对象的总体,定量的分析组成整体的各部分之间的相互联系、相互影响,而不是孤立的、片面的分析某一个或某几个因子的作用,因此,它具有全面性和科学性。

14. 焊接材料的优化问题一般属于非线性规划。

比较广泛且技术比较成熟的复合形法和混合罚函数法,以及算法比较先进的拟牛顿乘子法等优化方法。

15.焊接力学性能预测流程图
16.数值分析在实际工程中应用的困难。

答：尽管数值模拟在焊接已应用，但有很大局限性，其原因在于：
1）焊接过程十分复杂，涉及广泛的学科和许多特殊的现象。

2）缺乏准确的物理性能或力学性能常数，特别是高温下的数据；
3）对于复杂问题，为保证模拟或预测的精度，计算工作量十分庞大，耗时太多，费用客观，难以做到实时性。

17.模型概念及分类
答：模型是对客观世界（实体）的特征和变化规律的一种定量的抽象。

在科学研究中，模型是人们用以认识事物的一种手段和工具。

通常模型可分为三大类：物理模型、数学模型和描述模型。

物理模型：是简化的、类似于实际系统的某些突出特征而设想的一种物理系统，可分为静态模型和动态模型。

数学模型：是用数学语言描述的某个现实世界的模型。

数学模型可以定量的描述事物内在的联系和变化规律。

描述模型：是近年来对社会科学、心理学、哲学及人工智能的研究中发展起来的一种模型，是一个抽象的，很难用数学方程表达，只能用语言（自然语言或程序语言）描述的系统模型。

18.常用的数值方法
数值方法包括：差分法、有限元法、数值积分法、蒙特卡洛法。

差分法：差分法的基础是用差商来代替微商，相应的就把微分方程变为差分方程来求解。

差分法的长处是对于规则的几何特性和均匀的材料特性问题，它的程序设计和计算过程比较简单，收敛性也较好。

有限元法：是将连续体简化为有限个单元组成的离散化模型，然后数值求解的方法。

其主要优点：
1）概念清晰，容易掌握。

2）该法有很强的灵活性和适用性，应用范围极其广泛。

3）该法采用矩阵形式表达，便于编制计算机程序，可以充分利用高速电子计算机所提供的方便。

数值积分法：（略）
蒙特卡洛法：亦称随机模拟，随机抽样技术或统计试验，是对某一问题作出一个适当的随机过程，把随机过程的参数用由随机样本计算出来的统计量的值来估计，从而由这个参数找出最初所述问题中包含未知量的方法。

19. 简述ANSYS软件的优点。

答：（1）功能强大，涉及范围广，是融结构、热÷留题、电磁、声学为一体的大型通用有限元分析软件；
（2）可以在在大多计算机上，如PC机、工作站等，并可在多种操作系统完成；
（3）具有多物理场耦合功能，可在同一模型上进行热-结构耦合、磁结构耦合等各种耦合；
（4）具有友好的用户界面机优秀的框架结构，提供完整的在线说明；
（5）提供了参数化语言，方便用户对设计和分析进行控制。

20.简述ANSYS软件有限元分析的典型过程。

答：ANSYS软件进行有限元分析的典型过程可分为3个主要步骤：
1）创建有限元模型
（1）创建或读入几何模型；（2）定义几何属性；（3）划分网格
2）施加载荷并求解
（1）施加载荷及载荷选项、设定约束条件；（2）求解。

3）查看结果
（1）查看分析结果；(2) 检验结果。

21 A nsys软件提供了三种热应力分析的方法：直接定义节点温度法、间接法和直接法。

22.间接法进行热应力分析的步骤
（1）进行热分析；
（2）进入前处理，将热单元转换为相应的结构单元；
（3）设计结构分析中的材料属性以及前处理细节，如节点耦合、约束条件；
（4）读入热分析的节点温度；
（5）设置参考温度。

（6）进行求解和后处理。

23.直接法进行热应力分析的步骤
（1）进入前处理，建立模型，包括定义单元类型、划分网格，给定边界条件；（2）定义随温度变化的材料特性，包括热分析和结构分析所需的材料特性；（3）设置参考温度。

（4）进入求解器，定义节点耦合和约束方程等；
（5）进行求解和后处理。