弧焊物理過程建模與數(shù)值分析

目錄
序一
序二
前言
第1章 傳熱傳質(zhì)的基礎(chǔ)理論 1
1.1 基本物理量定義 1
1.1.1 張量和場 1
1.1.2 通量 3
1.1.3 梯度、散度和旋度 4
1.1.4 高斯公式 8
1.1.5 斯托克斯公式 10
1.2 連續(xù)性方程 11
1.3 熱傳導方程 13
1.3.1 傅里葉導熱定律 13
1.3.2 微分形式的導熱方程 15
1.3.3 擴散方程 20
1.3.4 熱對流與熱輻射 24
1.4 N-S方程 26
1.4.1 表面力和體積力 26
1.4.2 自定義方程 30
1.5 麥克斯韋方程組 33
1.5.1 高斯電場定律 34
1.5.2 高斯磁場定律 35
1.5.3 法拉第定律 37
1.5.4 安培–麥克斯韋定律 39
1.5.5 電磁場的標勢與矢勢 41
1.6 邊界條件 45
1.7 偏微分方程求解方法 46
1.7.1 偏微分方程差分方法 46
1.7.2 偏微分方程有限元法 49
1.7.3 偏微分有限體積法 53
參考文獻 55
第2章 TIG焊電弧數(shù)值分析 57
2.1 電弧數(shù)值分析的發(fā)展趨勢 57
2.2 TIG焊電弧傳熱傳質(zhì)數(shù)值分析 59
2.3 TIG電弧的全耦合數(shù)值分析 73
2.3.1 幾何模型及邊界條件 73
2.3.2 網(wǎng)格劃分 74
2.3.3 模擬參數(shù)的選擇 75
2.3.4 TIG電弧的計算結(jié)果 76
2.4 雙TIG電弧的全耦合數(shù)值分析 78
2.4.1 模型的數(shù)學描述 78
2.4.2 雙TIG電弧的計算結(jié)果與分析 79
2.4.3 不同鎢極間距條件下的計算結(jié)果與分析 83
2.4.4 不對稱電流條件下的計算結(jié)果與分析 86
參考文獻 90
第3章 活性TIG焊接過程建模分析 92
3.1 A-TIG焊耦合電弧特性研究 92
3.1.1 A-TIG焊的研究發(fā)展現(xiàn)狀 92
3.1.2 實驗與數(shù)學建模 96
3.1.3 幾何模型與邊界條件 97
3.2 活性元素不均勻分布下的熔池數(shù)值分析 102
3.2.1 活性TIG焊熔池模型 102
3.2.2 Ar-3.4％O2混合氣體模擬結(jié)果與分析 107
3.2.3 Ar-15.4％O2混合氣體模擬結(jié)果與分析 112
參考文獻 114
第4章 AA-TIG焊接過程建模分析 116
4.1 AA-TIG焊耦合電弧與熔池行為研究 116
4.1.1 AA-TIG焊簡介 116
4.1.2 耦合電弧行為的數(shù)值模擬研究 117
4.1.3 求解結(jié)果與討論 122
4.2 分離電弧AA-TIG焊熔池流動與傳熱 155
參考文獻 162
第5章 外加磁場與金屬蒸氣作用下焊接電弧行為數(shù)值模擬研究 164
5.1 外加磁場下弧焊研究與發(fā)展 164
5.1.1 磁控焊接電弧行為 164
5.1.2 磁控熔滴過渡行為 167
5.2 外加磁場對GTAW焊影響的數(shù)值模擬 170
5.2.1 數(shù)學建模 170
5.2.2 幾何模型與邊界條件 172
5.2.3 計算結(jié)果與分析 176
5.3 外加磁場對GMAW焊影響的數(shù)值模擬 184
5.3.1 控制方程的修正 184
5.3.2 幾何模型與邊界條件 185
5.3.3 計算結(jié)果與分析 187
5.4 考慮金屬蒸氣的TIG焊電弧數(shù)值模擬 193
5.4.1 數(shù)學建模 193
5.4.2 幾何模型與邊界條件 194
5.4.3 數(shù)值處理 197
5.4.4 計算結(jié)果與分析 198
參考文獻 201
第6章 焊絲熔化及熔滴過渡的數(shù)值模擬 203
6.1 焊絲熔化及熔滴過渡研究與發(fā)展 203
6.1.1 熔滴過渡的分類 203
6.1.2 熔滴過渡實驗研究方法 204
6.1.3 有關(guān)熔滴過渡的研究理論 206
6.1.4 電弧–熔滴耦合行為數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀 207
6.2 大電流GMAW熔滴過渡行為數(shù)值模擬研究 211
6.2.1 數(shù)學物理模型 211
6.2.2 計算結(jié)果 214
6.2.3 實驗結(jié)果 225
6.3 外加磁場對GMAW熔滴過渡作用的數(shù)值模擬 227
6.3.1 數(shù)學建模 227
6.3.2 外加磁場對熔滴滴狀過渡的影響 230
6.3.3 外加磁場對熔滴旋轉(zhuǎn)射流過渡的影響 240
參考文獻 253
第7章 焊接過程中熔池行為 255
7.1 弧焊過程熔池行為的研究現(xiàn)狀 255
7.1.1 熔池行為的研究現(xiàn)狀 255
7.1.2 熔池表面行為的研究現(xiàn)狀 256
7.1.3 熔池振蕩的研究現(xiàn)狀 258
7.1.4 熔池中金屬蒸氣的研究現(xiàn)狀 259
7.2 移動熱源下不同驅(qū)動力對熔池行為的影響 261
7.2.1 純導熱時的熔池溫度場 262
7.2.2 熔池受力行為 263
7.3 旁路耦合微束等離子弧單滴堆垛流場分析 269
7.3.1 單滴堆垛過程中的流場特點 269
7.3.2 旁路電流對熔池流場及其形貌的影響 275
7.3.3 冷卻時間對固化形貌的影響 275
7.4 電弧輔助激光焊鋁/鋼對接焊潤濕鋪展研究 279
7.4.1 實驗與數(shù)學建模 279
7.4.2 接頭潤濕鋪展行為 286
7.4.3 焊接參數(shù)對潤濕鋪展的影響 289
參考文獻 297
第8章 熔池與表面行為 299
8.1 基于示蹤粒子的擺動TIG填絲焊熔池行為的數(shù)值分析 299
8.1.1 實驗與數(shù)學建模 299
8.1.2 數(shù)值分析方法 303
8.1.3 溫度場與流場的對比分析 303
8.2 GTAW熔池自由表面的瞬態(tài)行為 305
8.2.1 實驗與數(shù)學模型 305
8.2.2 GTAW熔池熔透過程的特性研究 309
8.2.3 熔透過程的數(shù)值分析 314
8.3 熔池表面建模仿真及結(jié)果 320
參考文獻 328
第9章 焊縫形貌數(shù)值模擬及分析 330
9.1 旁路耦合微束等離子弧焊熔池流動分析 330
9.1.1 旁路耦合微束等離子弧焊熔池模型 330
9.1.2 旁路耦合微束等離子弧焊焊縫尺寸研究 338
9.1.3 熔池中的流動模式 339
9.2 TIG焊駝峰焊道形成機制的研究 343
9.2.1 駝峰焊道模型建立 344
9.2.2 數(shù)值結(jié)果與分析 347
9.3 不同條件下熔池的數(shù)值模擬 354
9.3.1 相同電流不同焊接速度下的TIG焊數(shù)值模擬 354
9.3.2 相同焊接速度不同電流下的TIG焊數(shù)值模擬 358
參考文獻 360