畢業(yè)設(shè)計（論文）-厚板多道焊的焊接熱源校核

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1、目錄第一章緒論11.1選題的背景11.2數(shù)值模擬21.2.1數(shù)值模擬的來源21.2.2數(shù)值模擬的在當(dāng)代科技發(fā)展中的地位21．3數(shù)學(xué)模型31.4有限元31.5數(shù)值模擬技術(shù)在焊接中的應(yīng)用41.5.1焊接數(shù)值模擬概念51.5.2焊接數(shù)值模擬中的數(shù)值分析方法61.5.3焊接數(shù)值模擬的內(nèi)容61.5.4焊接數(shù)值模擬的意義71.6焊接數(shù)值模擬的前景與展望71.7本課題研究的主要內(nèi)容和意義8第二章有限元計算原理92.1焊接過程有限元分析理論92.1.1有限元方法簡介92.2焊接過程有限元分析的特點112.3焊接有限元模型的簡化112.3.1有

2、限元基本方程122.3.2非線性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的問題132.3.2.1空間離散域132.3.2.2時間域的離散14第三章厚板多焊道有限元模型的建立163.1ABAQUS軟件163.1.1應(yīng)用ABAQUS有限元軟件進(jìn)行焊接模擬163.2建模173.2.1幾何模型的確定173.2.2創(chuàng)建部件183.2.3定義材料屬性183.2.4定義裝配件203.3定義分析步和輸出213.4定義載荷213.5劃分網(wǎng)格22第四章熱源模型校核結(jié)果與討論234.1焊接熱源模型的概念234.2焊接熱源性質(zhì)與建模準(zhǔn)則234.3體熱源模型244.4焊接熱源校核2

3、5結(jié)論29謝辭30參考文獻(xiàn)31大連交通大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章緒論1.1選題的背景焊接是通過加熱和加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種工藝方法。由于焊接方法經(jīng)濟(jì)、靈活，能簡化結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細(xì)節(jié)，節(jié)約材料，提高生產(chǎn)效率，改善工人勞動條件。因此，目前，船舶、機(jī)車、車輛、橋梁、鍋爐等工業(yè)產(chǎn)品，以及能源工程、海洋工程、航空航天工程、石油化工工程、大型廠房、高層建筑等重要結(jié)構(gòu)，無一不采用焊接結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)有自己的特點，只有正確地認(rèn)識它的特點，才能設(shè)計制造出性能良好、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高的焊接結(jié)構(gòu)。歷史上許多焊

4、接結(jié)構(gòu)失效的事例追其根源，多數(shù)與未考慮焊接結(jié)構(gòu)的特點有關(guān)。焊接作為現(xiàn)代制造業(yè)必不可少的工藝，在材料加工領(lǐng)域一直占有重要地位。但焊接是一個涉及到電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程。焊接現(xiàn)象包括焊接時的電磁、傳熱過程、金屬的熔化和凝固、冷卻時的相變、焊接應(yīng)力和變形等。焊接過程產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形，不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的制造過程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)的使用性能。這些缺陷的產(chǎn)生主要是焊接時不合理的熱過程引起的。由于高度集中的瞬時熱輸入，在焊接過程中將產(chǎn)生很大的動態(tài)應(yīng)力，焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接殘余應(yīng)力和變形(焊接殘余變形、焊接收縮、焊接翹曲

5、)。焊接過程中產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力和焊后殘余應(yīng)力將影響構(gòu)件的變形和焊接缺陷，而且在一定程度上還影響結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計和施工時必須充分考慮焊接應(yīng)力和變形的特點。焊接應(yīng)力和變形是影響焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要問題之一，焊接變形的存在不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的制造過程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)的使用性能。因此對焊接溫度場和應(yīng)力場的定量分析、預(yù)測、模擬具有重要意義。傳統(tǒng)的焊接溫度場和應(yīng)力預(yù)測依賴于試驗和統(tǒng)計基礎(chǔ)上的經(jīng)驗曲線或經(jīng)驗公式。但僅從實驗角度研究焊接熱應(yīng)力、焊后殘余應(yīng)力和變形問題難度很大，無前瞻性，不能全面預(yù)測和分析焊接對整

6、個結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性影響，客觀評價焊接質(zhì)量。隨著差分法、有限元法的不斷完善，焊接熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力模擬分析技術(shù)相應(yīng)的發(fā)展起來。在研究焊接生產(chǎn)技術(shù)時，往往采用試驗手段作為基本方法，但大量的試驗增加了生產(chǎn)成本，耗費(fèi)人力物力，尤其是軍工、航天、潛艇、核反應(yīng)堆等大型重要焊接結(jié)構(gòu)制造過程中，任何嘗試和失敗都將造成重大經(jīng)濟(jì)損失，而數(shù)值模擬將發(fā)揮其獨(dú)特的能力和優(yōu)勢。隨著有限元技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為數(shù)值模擬技術(shù)提供了有力的工具，很多焊接過程可以采用計算機(jī)數(shù)值模擬。31大連交通大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）1.2數(shù)值模擬1.2.1數(shù)值模

7、擬的來源隨著計算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的飛躍發(fā)展，給人類的生活環(huán)境、文化氛圍帶來了深刻的變化。計算機(jī)對科學(xué)技術(shù)的影響是極其深遠(yuǎn)的，其中一個重要原因就是計算機(jī)已經(jīng)并將繼續(xù)大大地擴(kuò)展問題的可解范圍。在一些設(shè)計方面，數(shù)值模擬起著重要的作用，它代替部分物理實驗的作用。如今數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)滲透到焊接的各個領(lǐng)域，在航空航天、軍工、能源、動力等領(lǐng)域，關(guān)鍵部件焊接過程仿真技術(shù)的實現(xiàn)，對于優(yōu)化工藝過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量和消除安全隱患起著日益重要，甚至不可替代的作用。焊接數(shù)值模擬的理論意義在于,通過對復(fù)雜或不可觀察的現(xiàn)象進(jìn)行定量分析和對極端情況下尚不知

8、的規(guī)則的推測和預(yù)測,實現(xiàn)對復(fù)雜焊接現(xiàn)象的模擬,以助于認(rèn)清焊接現(xiàn)象本質(zhì),弄清焊接過程規(guī)律。焊接數(shù)值模擬的現(xiàn)實意義在于,根據(jù)對焊接現(xiàn)象和過程的數(shù)值模擬,可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計,從而減少試驗工作量,提高焊接接頭的質(zhì)量。焊接數(shù)值模擬包括以幾個下方面:(1)焊接熱過程的數(shù)值模擬;(