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《全熔透tig焊接熔池形態(tài)瞬時(shí)行為的數(shù)值模擬》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文全熔進(jìn)TIG焊接烙池形態(tài)瞬時(shí)行為的數(shù)值模擬‘摘要建立焊接熔池表面變形動(dòng)態(tài)行為與工件熔透程度的相關(guān)性，定量分析熔池熔透瞬間熔池上下表面變形及其對焊接工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，將為實(shí)現(xiàn)基于正面視覺的TIG焊接熔透控制提供指導(dǎo)性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文從統(tǒng)一、整體的觀點(diǎn)，較全面地描述了運(yùn)動(dòng)電弧、三維流場和熱場、瞬態(tài)、全熔透以及熔池上下表面變形等因素，建立了全熔透TIG焊接熔池瞬時(shí)行為的數(shù)值分析模型。在分析熔池表面變形的基礎(chǔ)上，利用適體坐標(biāo)變換將熔池表面變形后所形成的復(fù)雜物理邊界轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則的計(jì)算邊界。建立了適體坐標(biāo)系下的離散化控制方程組，采用附加源項(xiàng)法對控制方程組的能量和動(dòng)量邊界條件進(jìn)行了離
2、散。在模型中，采用表面變形、流場和溫度場的分離式求解方法，即三者分別求解，依次改進(jìn)，成功地處理了熔池表面變形與流場和熱場的禍合問題。采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編寫了一套適合于模擬運(yùn)動(dòng)電弧作用下三維瞬態(tài)TIG焊接熱過程的計(jì)算程序。利用所建立的模型，對TIG焊接的整個(gè)過程(包括起弧、熔池形成、熔池長大、熔透、達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)、熄弧)進(jìn)行了數(shù)值模擬。得出了不同工藝條件下熔池上下表面的表面變形、三維形狀和熔池內(nèi)的流場動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，特別是熔池從未熔透到全熔透的過程中熔池表面變形和三維形狀的瞬時(shí)演變過程。還計(jì)算了不同焊接電流條件下熔池表面的動(dòng)態(tài)行為，如最大變形、熔池長度和寬度的變化等。數(shù)值模擬結(jié)果表明，熔池上表面
3、最大下塌量與熔池長度、寬度的比值隨時(shí)間的變化曲線，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長度、寬度的比值可以用作判斷熔池熔透情況的指標(biāo)性參量。利用本文模型，模擬了焊接工藝參數(shù)發(fā)生階躍變化時(shí)，熔池表面變形和三維.美國國家科學(xué)荃金資助項(xiàng)目〔批準(zhǔn)號:DMI-0114982.與美國肯塔基大學(xué)聯(lián)合申報(bào))摘要形狀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。計(jì)算了焊接電流從I1OA階躍變化為90A時(shí)，以及焊接速度從160mmlmin階躍變化到180mmlmin時(shí)焊接熔池三維形狀、熔池表面變形和熔池流場隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化過程。從熔池形狀達(dá)到宏觀準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的角度，確定了焊接工藝參數(shù)階躍變化時(shí)的過渡過程時(shí)間。計(jì)算結(jié)果表明
4、，熔池上表面最大下塌與熔池長度、寬度的比值曲線能夠較好地反映焊接工藝參數(shù)的變化情況。建立了熔透熔池整體受力的力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)以熔池下表面為底的金屬液柱的受力情況決定了焊接過程中工件是否焊穿。根據(jù)金屬液柱的受力分析，提出了一定材質(zhì)和形狀的工件焊穿的判定準(zhǔn)則。從理論上分析了影響工件焊穿的各種因素，并計(jì)算了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熔池中決定熔池塌陷的各力的大小和比例。利用所建立的模型，對于一定材質(zhì)和形狀的工件所適用的焊接工藝參數(shù)(焊接電流)進(jìn)行了判斷和預(yù)測。進(jìn)行了不銹鋼和低碳鋼試件TIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)，測量了熔池上表面形狀、焊縫輪廓尺寸和下塌變形.將實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表明，本文數(shù)值模擬的計(jì)算數(shù)
5、據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)吻合良好。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了不同焊接工藝條件下TIG焊接熔池動(dòng)態(tài)行為的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為焊接工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)和焊接過程的智能控制提供了重要的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:TIG焊接，熔池形態(tài)，表面變形，瞬時(shí)行為，全熔透，數(shù)值模擬山東大學(xué)博士學(xué)位論文NumericalSimulationoftheTransientBehaviorsofFull-penetratedTIGWeldPoolsABSTRACTEstablishingthecorrelationbetweendynamicbehaviorsofsurfacedeformationofweldpoolsandworkpiecep
6、enetrationinformation,andquantitativelyanalyzingthesurfacedeformationattopandbotomsurfacesatthemomentwhenthepoolispenetratedandtheirdynamicresponsestoweldingprocessparameterswillprovidemanybasicdatafortherealizationoftopsidevision-basedpenetrationcontrolinTIGwelding.Atransientnumericalmodelisdevel
7、opedtoinvestigatethedynamicbehaviorsoffull-penetratedTIGweldpoolsinthisthesis.Awholeandcomprehensiveschemeisusedinwhichmanyfactorssuchasmovingarc,3-Dfluidandheatflowfields,transientstate,full-penetratedweldpoolan
