畢業(yè)論文開題報告：圓筒縱直縫焊接溫度場數(shù)值模擬

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué)院：　機電學(xué)院　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級：　材料成型與控制工程

課題名稱 圓筒縱直縫焊接溫度場數(shù)值模擬

1、本課題的的研究目的和意義：
鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料。在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。隨著近年來科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。
焊接是一個涉及到電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)等學(xué)科的復(fù)雜的物理化學(xué)過程。焊接現(xiàn)象包括焊接時的電磁、傳熱過程、金屬的熔化和凝固以及冷卻時的相變、焊接應(yīng)力和變形等等。因為焊接過程的復(fù)雜性，所以很難通過實驗的方法對焊接過程溫度和應(yīng)力分布進行研究。作為焊接結(jié)構(gòu)材料，鋁合金焊接存在諸多問題尚待解決。本課題針對圓筒縱直縫焊接過程進行研究，應(yīng)用MARC軟件對焊接結(jié)構(gòu)進行有限元分析，從而得到該結(jié)構(gòu)焊接溫度場的模擬數(shù)值，得到該結(jié)構(gòu)焊接溫度場的分布情況和焊接結(jié)構(gòu)的變形情況。
通過對焊接溫度場的分析，研究焊接熱循環(huán)情況，對了解應(yīng)力變形、接頭組織和力學(xué)性能等都至關(guān)重要，是提高焊接質(zhì)量的重要途徑。
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在焊接處殘余應(yīng)力與變形的產(chǎn)生機理上，目前各國學(xué)者意見較為一致。觀點可表述為：被焊工件在移動的熱源作用下加熱時，形成了一個在熱源附近溫度很高、周圍區(qū)域溫度低的具有梯度的不均勻溫度場，所以熱源處焊縫及近縫區(qū)受熱而發(fā)生膨脹，此時卻受到周圍母材的限制而受到擠壓，由于這時溫度較高，材料屈服極限較低，焊縫區(qū)金屬很容易達到屈服變形，在隨后的冷卻過程中該部位因冷卻而收縮，同樣受到限制又發(fā)生塑性拉伸。如果冷卻階段的塑性拉伸量不足以抵消加熱階段產(chǎn)生的塑性擠壓量，被焊工件就會有殘余壓縮塑性應(yīng)變保留下來。當(dāng)焊縫區(qū)降至室溫時，仍受到母材的完全拘束而不能運動，將殘留接近屈服強度的拉應(yīng)力，同時在工件中遠離焊縫的區(qū)域就會有殘留的壓應(yīng)力與之平衡，其大小和分布就決定了最終的殘余應(yīng)力和變形。
關(guān)于焊接變形，各國學(xué)者和專家進行了大量的理論和試驗。前蘇聯(lián)學(xué)者奧凱爾勃洛姆較早地對焊接變形的起因和分類進行了簡單的分析，他把材料當(dāng)作理想的彈性-塑性體，僅屈服極限跟溫度變化，彈性模量保持不變，以拘束的桿件的加熱變形來近似地應(yīng)用到板條中心、板條邊緣的堆焊應(yīng)力，但是有的觀點已經(jīng)過時。Krebs科學(xué)而直觀地用圖示提供了關(guān)于焊接變形起因的基本論據(jù)。Mayhr建立三維有限元模型分析了鋁合金T型接頭的殘余應(yīng)力與變形。焊接變形預(yù)測日本早在20世紀(jì)70年代開始對其進行研究并取得卓有成效的進展, 研究成果已廣泛用于造船企業(yè)精度控制技術(shù)中[21]。中國對這個課題的研究, 主要集中在基于熱彈塑性力學(xué)有限元法和固有應(yīng)變有限元法兩個方面[22]。國內(nèi)董俊慧等人建立了管道環(huán)焊縫焊接應(yīng)力應(yīng)變?nèi)S有限元模型。

3、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式：
研究內(nèi)容：
 學(xué)習(xí)marc數(shù)值模擬軟件，熟悉數(shù)值模擬計算方法；
 利用marc建立TIG焊模型，了解材料參數(shù)的設(shè)置等；
 掌握TIG焊的溫度分布規(guī)律及趨勢；
 掌握采用數(shù)值模擬的方法來預(yù)測實際的TIG焊過程的溫度變化及焊接變形。
成果形式：
數(shù)值模擬分析結(jié)果，得出鋁合金縱直縫焊接溫度場的分布規(guī)律及焊接變形情況，最終寫出相應(yīng)的論文。


4、擬解決的關(guān)鍵問題：
1、用marc建立圓筒縱直縫的TIG焊模型；
2、用數(shù)值模擬軟件Marc去模擬分析TIG焊過程；
3、對模擬數(shù)值進行后處理得出圓筒縱直縫焊接溫度場分布規(guī)律和變形情況。


5、研究思路、方法和步驟：
思路：選擇材料，建立相應(yīng)模型，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，得出溫度場分布規(guī)律。
方法：數(shù)值模擬
步驟：查閱相關(guān)文獻，掌握模型建立的基本方法；學(xué)習(xí)數(shù)值模擬軟件，先建立有限元模型（網(wǎng)格劃分，再進行邊界條件、材料屬性、工況的定義，調(diào)試模型）；再對該模型進行數(shù)值模擬，之后對模擬數(shù)據(jù)進行后處理得到溫度場分布規(guī)律及變形情況；寫出相關(guān)論文。


6、本課題的進度安排：
第一周 — 第四周： 查閱資料、文獻、了解課題及學(xué)習(xí)模擬軟件MARC
第五周 — 第六周： 圓筒縱直縫焊接溫度場模型建立（進行網(wǎng)格劃分，進行邊界條件、材料屬性、工況的定義，初步運算，調(diào)試模型）
第七周 — 第八周： 對模擬數(shù)據(jù)進行后處理得到溫度場分布規(guī)律
第九周 — 第十三周：撰寫畢業(yè)論文



7、參考文獻：
[1] 鹿安理，史清宇，趙海燕等.厚板焊接過程溫度場的三維有限元數(shù)值模擬.中國機械工程.2001,12(2):183-186
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[9] Brown S B, Song H. Implications of three!dimensional numerical simulations of weldi ……（未完，全文共4908字，當(dāng)前僅顯示2479字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文開題報告：圓筒縱直縫焊接溫度場數(shù)值模擬》）