弧焊物理過(guò)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(chǎng) 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(dǎo)方程 13
1.3.1 傅里葉導(dǎo)熱定律 13
1.3.2 微分形式的導(dǎo)熱方程 15
1.3.3 擴(kuò)散方程 20
1.3.4 熱對(duì)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(chǎng)定律 34
1.5.2 高斯磁場(chǎng)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(chǎng)的標(biāo)勢(shì)與矢勢(shì) 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(xiàn) 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(shì) 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(jì)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(xué)描述 78
2.4.2 雙TIG電弧的計(jì)算結(jié)果與分析 79
2.4.3 不同鎢極間距條件下的計(jì)算結(jié)果與分析 83
2.4.4 不對(duì)稱(chēng)電流條件下的計(jì)算結(jié)果與分析 86
參考文獻(xiàn) 90
第3章 活性TIG焊接過(guò)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(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)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?cái)?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(xiàn) 114
第4章 AA-TIG焊接過(guò)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(jiǎn)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(dòng)與傳熱 155
參考文獻(xiàn) 162
第5章 外加磁場(chǎng)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(chǎng)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(guò)渡行為 167
5.2 外加磁場(chǎng)對(duì)GTAW焊影響的數(shù)值模擬 170
5.2.1 數(shù)學(xué)建模 170
5.2.2 幾何模型與邊界條件 172
5.2.3 計(jì)算結(jié)果與分析 176
5.3 外加磁場(chǎng)對(duì)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(jì)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(xué)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(jì)算結(jié)果與分析 198
參考文獻(xiàn) 201
第6章 焊絲熔化及熔滴過(guò)渡的數(shù)值模擬 203
6.1 焊絲熔化及熔滴過(guò)渡研究與發(fā)展 203
6.1.1 熔滴過(guò)渡的分類(lèi) 203
6.1.2 熔滴過(guò)渡實(shí)驗(yàn)研究方法 204
6.1.3 有關(guān)熔滴過(guò)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(guò)渡行為數(shù)值模擬研究 211
6.2.1 數(shù)學(xué)物理模型 211
6.2.2 計(jì)算結(jié)果 214
6.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 225
6.3 外加磁場(chǎng)對(duì)GMAW熔滴過(guò)渡作用的數(shù)值模擬 227
6.3.1 數(shù)學(xué)建模 227
6.3.2 外加磁場(chǎng)對(duì)熔滴滴狀過(guò)渡的影響 230
6.3.3 外加磁場(chǎng)對(duì)熔滴旋轉(zhuǎn)射流過(guò)渡的影響 240
參考文獻(xiàn) 253
第7章 焊接過(guò)程中熔池行為 255
7.1 弧焊過(guò)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(dòng)熱源下不同驅(qū)動(dòng)力對(duì)熔池行為的影響 261
7.2.1 純導(dǎo)熱時(shí)的熔池溫度場(chǎng) 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(chǎng)分析 269
7.3.1 單滴堆垛過(guò)程中的流場(chǎng)特點(diǎn) 269
7.3.2 旁路電流對(duì)熔池流場(chǎng)及其形貌的影響 275
7.3.3 冷卻時(shí)間對(duì)固化形貌的影響 275
7.4 電弧輔助激光焊鋁/鋼對(duì)接焊潤(rùn)濕鋪展研究 279
7.4.1 實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)建模 279
7.4.2 接頭潤(rùn)濕鋪展行為 286
7.4.3 焊接參數(shù)對(duì)潤(rùn)濕鋪展的影響 289
參考文獻(xiàn) 297
第8章 熔池與表面行為 299
8.1 基于示蹤粒子的擺動(dòng)TIG填絲焊熔池行為的數(shù)值分析 299
8.1.1 實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)建模 299
8.1.2 數(shù)值分析方法 303
8.1.3 溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的對(duì)比分析 303
8.2 GTAW熔池自由表面的瞬態(tài)行為 305
8.2.1 實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)模型 305
8.2.2 GTAW熔池熔透過(guò)程的特性研究 309
8.2.3 熔透過(guò)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(xiàn) 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(dòng)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(dòng)模式 339
9.2 TIG焊駝峰焊道形成機(jī)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(xiàn) 360