焊接数值模拟PPT课件

；
3 K R02
z 0, H
q(x,
y,
z)
Q πR02 H
x2 y 2 R02 , z 0, H
所需给定的初始参数
热源总功率 Q = 3 500 W 热源高度 H = 0.01 m 热源开口半径 R0 = 0.003 m
热源总功率 Q = 3 500 W 热源形状参数 a = 0.003 m b = 0.010 m
3 R02
q(x, y, z) q(0,0,0) e3x2 / a2 e e 3z2 / b2 3 y2 / a2
q(0,0,0) 6 3Q a2bπ π
q(x, y) qm eK x2 y2
QK qm π
；
K
3 R02
q(x, y, z) qm eKx2 y2
qm
QK πH
For a review of the subject, see: T. DebRoy, Role of Interfacial Phenomena in Numerical Analysis of Weldability, Mathematical Modelling of Weld Phenomena II, The Institute of Materials, London, (1995) pp. 3-21.
• 焊接熔池中的流体动力学和热过程 • 热源与金属的相互作用
– 焊接电弧物理，焊接电弧的传热与传质
• 电弧作用于熔池表面的热能和压力分布 • 熔池表面的变形 • 液态金属的蒸发 • 氢及氮氧等在熔池及环境之间的分配
• 焊接冶金和焊接接头组织性能的预测，包括相变过程 • 焊接应力与变形 • 焊接过程中的氢扩散 • 特种焊的数值模拟
疲劳性能等）与可靠性分析等等
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焊接数值计算
焊接数值模拟：其他焊接方法
• 电阻点焊
– 熔核的形成与控制，性能预测与分析
• 扩散焊
– 过程模拟，温度，压力对界面接合的影响；TLP过程的模拟
• 钎焊
– SMT焊点形态模拟，焊点服役过程中的热应力应变循环，寿命 估计等等
• 激光焊接
– 焊接温度场模拟与接头的形成及预测，激光相变硬化时的三 维温度场模拟与处理
Gauss 圆柱热 源模型
热流密度均匀 分布的柱状热
源模型
H b
H
H
热源示意图 x
O
y
R0
z
x y
O
a
z q
O
y
x
R0
x y
O
R0
z x y
O
R0
z
热流密度分布定义式
3cs x2 y2 q(x, y, z) q(0,0) elog(H z )
q(0,0)
3cs Q πH (1 e3 )
cs
热源总功率 Q = 3 500 W 热源有效半径 R0 = 0.003 m
热源总功率 Q = 3 500 W 热源高度 H = 0.01 m 热源有效半径 R0 = 0.002 m
焊接数值计算
材料加工过程的数值模拟
第二章：温度场数值模拟
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焊接数值计算
材料焊接过程的数值模拟 材料加工过程的数值模拟
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焊接数值计算
焊接过程的数值模拟
• 概述
–焊接过程数值分析的内容 –焊接过程的特点 –焊接过程中温度－应力和变形－组织转变
的关系 –焊接过程数值分析的主要困难
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焊接数值计算
焊接数值分析的内容
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焊接数值计算
焊接过程中剧烈变化的温度场
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起焊58 s 后的温度场
焊接数值计算
焊接温度场、应力和变形场及显微组 织场的相互关系
热力学 温度相学 显微组织状态场
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5种不同热源模型
焊接数值计算
热源名称
旋转 Gauss 曲 面体热源模型
双椭球体热源 模型
Gauss 面热源 模型
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焊接数值计算
Fluid Flow and Surface Deformation in Weld Pool
The following computer simulation shows the flow of metal within a weld pool during welding. The colours represent the temperature in Kelvin. Notice also that the surface of the pool is deformed (i.e., it is not flat. The shape of the surface trailing the welding arc becomes frozen in and determines the surface topology of the final weld. A surface topology which causes the concentration of stress during service can be detrimental to the fatigue life of the engineering structure containing the weld. The work is due to G. G. Roy and T. DebRoy of Penssylvania State University, U.S.A.
– 电阻点焊 – 陶瓷－金属的焊接 – 激光焊的熔化和凝固 – 瞬态液相连接（过渡液相焊） – 搅拌摩擦焊
• 焊接接头的力学行为－－焊接裂纹
– 热裂纹，冷裂纹，裂纹的 形成和扩展， – 焊接接头的不均匀性 – 焊接断裂力学
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焊接数值计算
焊接数值模拟的研究：电弧焊
• 电弧部分
– 流场、温度场、电场 – 研究各种工艺参数（电流、电压、弧柱气氛，电极伸出长度等等）对温度场，电
流密度，压降分布以及熔滴过渡过程的影响规律
• 熔池部分
– 熔池形状 – 流场、温度场，主要研究成分和工艺因素对熔池形状的影响，针对焊缝形状控制 – 冶金过程
熔池中气体的吸收 各种氧化物氮化物的形成及其作为非均质核心的可能 凝固－熔质元素分布（偏析）凝固组织大小，结晶路径，BTR区间等
• 结构部分
– 热过程－温度分布，预测热影响区大小，冷却时间，Tmax，th，t8/5等 – 力过程－应力应变过程，残余应力和变形，预测裂纹，控制残余应力和变形 – 冶金过程－晶粒长大，相变，氢扩散，接头组织性能预测，冷裂敏感性预测等 – 接头性能与服役行为－不均质、存在缺陷、残余应力－断裂行为（韧性，强度，