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《山东大学》 2003年
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全熔透TIG焊接熔池形态瞬时行为的数值模拟

赵朋成  
【摘要】:建立焊接熔池表面变形动态行为与工件熔透程度的相关性,定量分析熔池熔透瞬间熔池上下表面变形及其对焊接工艺参数的动态响应,将为实现基于正面视觉的TIG焊接熔透控制提供指导性的基础数据。本文从统一、整体的观点,较全面地描述了运动电弧、三维流场和热场、瞬态、全熔透以及熔池上下表面变形等因素,建立了全熔透TIG焊接熔池瞬时行为的数值分析模型。在分析熔池表面变形的基础上,利用适体坐标变换将熔池表面变形后所形成的复杂物理边界转变为规则的计算边界。建立了适体坐标系下的离散化控制方程组,采用附加源项法对控制方程组的能量和动量边界条件进行了离散。在模型中,采用表面变形、流场和温度场的分离式求解方法,即三者分别求解,依次改进,成功地处理了熔池表面变形与流场和热场的耦合问题。采用模块化结构设计,编写了一套适合于模拟运动电弧作用下三维瞬态TIG焊接热过程的计算程序。 利用所建立的模型,对于TIG焊接的整个过程(包括起弧、熔池形成、熔池长大、熔透、达到准稳态、熄弧)进行了数值模拟。得出了不同工艺条件下熔池上下表面的表面变形、三维形状和熔池内的流场动态发展过程,特别是熔池从未熔透到全熔透的过程中熔池表面变形和三维形状的瞬时演变过程。还计算了不同焊接电流条件下熔池表面的动态行为,如最大变形、熔池长度和宽度的变化等。数值模拟结果表明,熔池上表面最大下塌量与熔池长度、宽度的比值随时间的变化曲线,清晰地反映出熔池演化和熔透的基本信息,熔池上表面最大下塌量和熔池长度、宽度的比值可以用作判断熔池熔透情况的指标性参量。 利用本文模型,模拟了焊接工艺参数发生阶跃变化时,熔池表面变形和三维
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG441

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【参考文献】
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【共引文献】
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9 陈焕明;谢美蓉;江淑园;;等离子弧穿孔熔池动态形成过程的数值模拟[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
10 曾和义;;网格质量对数值模拟的影响[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 杨秀芝;低合金高强钢双丝焊热过程数值模拟及接头组织转变行为研究[D];华中科技大学;2010年
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4 张鹏;双相钢电阻点焊性能特征与焊接机理研究[D];华中科技大学;2010年
5 黄钰期;基于场协同原理的车用冷却系统流动传热耦合分析与结构优化[D];浙江大学;2010年
6 曾芳;大型滑履磨机结构分析及焊接工艺研究[D];武汉理工大学;2010年
7 霍玉双;基于力平衡条件下等离子弧焊小孔形状分析[D];山东大学;2010年
8 韩海玲;等离子枪体的换能效果及电弧特性的研究[D];沈阳工业大学;2010年
9 张磊;离心风机多目标优化及旋转失速机理研究[D];华北电力大学(北京);2011年
10 朱荣生;离心泵叶轮不等扬程水力设计方法研究[D];江苏大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 包金哲;煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究[D];浙江理工大学;2010年
2 姜逢章;蜂窝板传热元件的性能研究[D];郑州大学;2010年
3 谷骁勇;基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析[D];郑州大学;2010年
4 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 高飞;异种钢焊接的残余应力研究[D];大连理工大学;2010年
9 崔广云;LED彩色打印机内部温度场的数值计算[D];大连理工大学;2010年
10 刘海朋;带有自由表面流动的N-S方程的数值解法[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
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【二级引证文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 卢立晖;樊丁;沈利民;石玗;黄健康;;铝-钢异种金属旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
2 李天庆;武传松;;定点等离子弧焊接熔池流动和小孔演变的数值模拟[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
3 杨鑫华;兆文忠;王春生;李娅娜;卢碧红;;基于局部-整体方法的客车构架侧梁焊接变形数值仿真[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 胡庆贤;穿孔等离子弧焊接温度场的有限元分析[D];山东大学;2007年
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8 杨晓红;超高压CuW/CuCr整体电触头材料的研究[D];西安理工大学;2009年
9 孙俊华;受控脉冲穿孔PAW焊接熔池与小孔瞬时演变行为的数值分析[D];山东大学;2012年
10 卢立晖;铝—钢异种金属脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法及机理研究[D];兰州理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 温俊霞;旁路耦合电弧焊焊接参数对母材热输入及焊缝的影响[D];兰州理工大学;2011年
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3 栗海霞;K-TIG焊接电弧特性的数值分析[D];兰州理工大学;2011年
4 谭易君;圆形蓄热式熔铝炉内多场耦合数值模拟及优化[D];中南大学;2011年
5 孙峥;北京电力应急指挥系统的研究与实现[D];华北电力大学;2011年
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7 沈彦闻;基于VTK的激光焊接数值模拟可视化系统的研究与开发[D];华中科技大学;2009年
8 金珍;等离子弧表面淬火过程的温度场数值模拟[D];中国科学技术大学;2011年
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6 何小东,张建勋,裴怡,巩水利;钛合金薄板激光焊接和TIG焊接残余应力数值模拟[J];机械工程材料;2005年03期
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