基于Visual-Environment的优化散热模型数值模拟研究

【摘要】：金属堆焊成型技术由3D打印快速成型技术发展而来,一方面继承了3D打印技术的优点,即成型效率高、节约成本、适合成型复杂零件、成型轨迹灵活,另一方面金属堆焊技术也继承了焊接技术的优点,包括连接性能好、整体结构力学性能良好、适应性广等。同时,金属堆焊技术也存在以下缺点,例如成型表面质量差、残余应力大等问题,通过实验的方法已无法满足研究需要,现如今对堆焊技术的研究不仅仅只拘泥于采用实验的方式,推陈出新,将堆焊技术与有限元分析技术相结合,再通过与实际实验结果相比较,通过数值模拟的方式研究更加便捷与直观地开展研究。本文主要是以电弧为能量输入,H08Mn2SiA作为填充焊丝材料,对单道墙进行有限元数值模拟分析。本文是以实验与数值模拟所得温度曲线的差异为出发点,首先详细讲解了热量传播的主要类型,即对流传热、传导传热和辐射传热,在焊接过程中对流和辐射传热起到主导作用。然后在之前理论分析的基础上,自行编制了散热函数模型,并分析了各参数在散热函数中的作用,主要讨论了黑体系数以及对流传热系数的参数范围。最后,使用有限元软件调用编制完成的散热函数程序,通过修改散热函数当中的范围变量在经过大量的模拟试验后,找寻最优的一组参数使其结果与实际结果契合度更高。从而利用该组参数作为散热模型的优化参数,进而应用到之后的数值模拟当中。利用优化后的散热模型进行有限元分析,再结合堆焊试验探究成型质量的影响因素。首先,探讨了焊枪移动速度的影响。通过对温度场与应力场分析发现随着堆焊速度的增加,堆焊构件呈现更大的压应力,成型效率更高,但表面质量更差。随着速度的减小,堆焊构件呈现更大的拉应力,成型效率低,但表面质量更好。然后,讨论了道间等待时间的影响。发现随着等待时间的延长成型质量有变好的趋势,道间等待时间对残余应力基本不存在影响。最后,讨论了成型轨迹的影响。对于单道墙成型情况,同一位置起弧容易造成成型件偏塌成型质量差,交错往复起弧方式可以有效的避免偏塌现象,在一定程度上降低了成型件的残余应力。

【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG455