《材料成形原理》實(shí)驗指導(dǎo)書

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1、材料成形原理實(shí)驗指導(dǎo)書施鋼　編寫機(jī)械工程系材料實(shí)驗室2011年12月實(shí)驗一焊接熱過程仿真實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康?、通過實(shí)驗加強(qiáng)對瞬時點(diǎn)熱源焊接溫度場和焊接熱循環(huán)的概念、解析解和數(shù)值解的特點(diǎn)等的感性認(rèn)識。2、使用Matlab進(jìn)行點(diǎn)熱源理論溫度場計算。3、使用Ansys軟件進(jìn)行點(diǎn)熱源溫度場仿真和熱循環(huán)曲線計算。4、研究數(shù)值仿真的精度；探討影響焊接溫度場和焊接熱循環(huán)的因素及焊接工藝參數(shù)的影響。二、實(shí)驗內(nèi)容1、使用Matlab計算繪制瞬時點(diǎn)熱源焊接理論溫度分布曲線。2、使用Aansys軟件對瞬時點(diǎn)熱源焊接溫度場進(jìn)行仿真計算，觀察

2、溫度分布云圖，繪制指定點(diǎn)的焊接熱循環(huán)曲線。3、探討數(shù)值仿真的精度，對瞬時點(diǎn)熱源焊接溫度場和熱循環(huán)曲線的影響因素及焊接工藝參數(shù)進(jìn)行定量定性的探討。三、實(shí)驗步驟1、使用Matlab計算繪制瞬時點(diǎn)熱源焊接溫度分布曲線。(1)啟動Matlab軟件；(2)打開新文件(3)編寫程序（4）運(yùn)行程序（5）記錄指定時間的溫度，繪制溫度分布曲線。1、使用Aansys軟件對瞬時點(diǎn)熱源焊接溫度場進(jìn)行仿真計算。ANSYS軟件采用有限元方法進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱分析，計算各種熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)。這些熱載荷包括：對流，輻

3、射，熱流率，熱流密度（單位面積熱流），熱生成率（單位體積熱流），固定溫度的邊界條件。采用ANSYS軟件進(jìn)行熱過程分析可以用菜單交互操作和編程兩種方式。本次實(shí)驗采用編程方法，分兩部分：必做（2學(xué)時）：主要以程序調(diào)試為主，掌握基本方法。選做（2學(xué)時）：由學(xué)生自行選擇討論的問題和擬定實(shí)驗的內(nèi)容和方案，將重點(diǎn)放在解析解與數(shù)值解的比較、數(shù)值解的精度、參數(shù)影響因素等內(nèi)容的探討。（1）使用文本文件編輯器編寫程序（2）以.mac為擴(kuò)展名存盤（1）運(yùn)行Ansys軟件(4)設(shè)置文件夾到程序所在文件夾（2）運(yùn)行程序（1）使用Genera

4、lPostproc/ReadResults讀取指定時間的數(shù)據(jù)（2）使用GeneralPostproc/PlotResults繪制溫度場云圖(7)使用TimeHistPostproc/VariableViewer繪制指定點(diǎn)的熱循環(huán)曲線，獲取熱循環(huán)曲線數(shù)據(jù)。(8)研究數(shù)值仿真的精度模型尺寸對精度的影響（提示：改變程序中a值）改變網(wǎng)格密度對計算精度的影響（提示：改變程序中an、bn值）如何驗證和改善數(shù)值計算的精度？(9)探討影響焊接溫度場和焊接熱循環(huán)的因素及焊接工藝參數(shù)的影響。自行擬定研究方案，獲取分析討論所需的數(shù)據(jù)和依

5、據(jù)焊接件尺寸多大可以作為無窮大處理？有限元數(shù)值解與解析解的比較（提示：選擇若干個時間的數(shù)據(jù)比較）預(yù)熱對焊接溫度場、熱循環(huán)曲線的影響（提示：改變程序中工件初始溫度）焊接件與大氣環(huán)境對流傳熱對焊接溫度場、熱循環(huán)曲線的影響（提示：增加對流傳熱條件）當(dāng)材料性能不為常數(shù)對流傳熱對焊接溫度場、熱循環(huán)曲線的影響（提示：材料特性數(shù)據(jù)隨溫度變化）一、實(shí)驗報告1、實(shí)驗?zāi)康?、實(shí)驗內(nèi)容3、實(shí)驗步驟4、實(shí)驗結(jié)果與討論溫度場分布、變化規(guī)律熱循環(huán)曲線及特點(diǎn)為何將模型分為網(wǎng)格尺寸不同的兩個區(qū)改變網(wǎng)格密度對計算精度的影響模型尺寸對精度的影響，如何

6、確定和改善數(shù)值計算的精度有限元數(shù)值解與解析解的比較焊接件尺寸多大可以作為無窮大處理預(yù)熱對焊接溫度場、熱循環(huán)曲線的影響焊接件與大氣環(huán)境對流傳熱對焊接溫度場、熱循環(huán)曲線的影響當(dāng)材料性能不為常數(shù)對焊接溫度場、熱循環(huán)曲線的影響焊接工藝參數(shù)變化，對焊接溫度場和熱循環(huán)曲線的影響。5、實(shí)驗體會實(shí)驗二　園環(huán)鐓粗法測定摩擦系數(shù)一、實(shí)驗?zāi)康睦脠@環(huán)鋁試件的鐓粗要求掌握以下三個基本原理：（1）根據(jù)園環(huán)鐓粗后的變形，了解摩擦對金屬流動的影響；（2）掌握繪制摩擦系數(shù)的理論曲線的方法；（3）通過實(shí)驗學(xué)會測定摩擦系數(shù)的方法。二、實(shí)驗原理環(huán)形試件

7、在平行平板間鐓粗時，由于接觸面摩擦狀態(tài)的不同，其變形情況也不同。當(dāng)摩擦系數(shù)很小時變形后園環(huán)內(nèi)外徑都擴(kuò)大。（圖1-a）當(dāng)摩擦系數(shù)超過某一臨界值時，在園環(huán)中就出現(xiàn)一個半徑為Rn的分流面。該面以外金屬向外流動，該面以內(nèi)的金屬向中心流動，結(jié)果使園環(huán)外徑增大，內(nèi)徑縮小。（圖1）。由能量法和應(yīng)力分析法可以求分流面半徑Rn，摩擦因數(shù)m與園環(huán)尺寸間的理論關(guān)系。（摩擦因數(shù)m與摩擦系數(shù)μ的關(guān)系可取即近似認(rèn)為接觸面上剪應(yīng)力為常數(shù)，當(dāng)m=1時，μ=0.57，故。符合米塞斯屈服條件）。由園環(huán)的原始尺寸R0，R1，H，利用值不變的假設(shè)，利用下

8、式可求出求摩擦因子的臨界值（即Rn=R1時的值），??　　　　(a)當(dāng)m≦m0值即Rn≦R1時，按下式求中性層半徑Rn式中：當(dāng)m>m0計算值。即R1