毕业论文开题报告：圆筒纵直缝焊接温度场数值模拟

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：　机电学院　　　　　　　　　　　　专业班级：　材料成型与控制工程

课题名称 圆筒纵直缝焊接温度场数值模拟

1、本课题的的研究目的和意义：
铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。
焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等学科的复杂的物理化学过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固以及冷却时的相变、焊接应力和变形等等。因为焊接过程的复杂性，所以很难通过实验的方法对焊接过程温度和应力分布进行研究。作为焊接结构材料，铝合金焊接存在诸多问题尚待解决。本课题针对圆筒纵直缝焊接过程进行研究，应用MARC软件对焊接结构进行有限元分析，从而得到该结构焊接温度场的模拟数值，得到该结构焊接温度场的分布情况和焊接结构的变形情况。
通过对焊接温度场的分析，研究焊接热循环情况，对了解应力变形、接头组织和力学性能等都至关重要，是提高焊接质量的重要途径。
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在焊接处残余应力与变形的产生机理上，目前各国学者意见较为一致。观点可表述为：被焊工件在移动的热源作用下加热时，形成了一个在热源附近温度很高、周围区域温度低的具有梯度的不均匀温度场，所以热源处焊缝及近缝区受热而发生膨胀，此时却受到周围母材的限制而受到挤压，由于这时温度较高，材料屈服极限较低，焊缝区金属很容易达到屈服变形，在随后的冷却过程中该部位因冷却而收缩，同样受到限制又发生塑性拉伸。如果冷却阶段的塑性拉伸量不足以抵消加热阶段产生的塑性挤压量，被焊工件就会有残余压缩塑性应变保留下来。当焊缝区降至室温时，仍受到母材的完全拘束而不能运动，将残留接近屈服强度的拉应力，同时在工件中远离焊缝的区域就会有残留的压应力与之平衡，其大小和分布就决定了最终的残余应力和变形。
关于焊接变形，各国学者和专家进行了大量的理论和试验。前苏联学者奥凯尔勃洛姆较早地对焊接变形的起因和分类进行了简单的分析，他把材料当作理想的弹性-塑性体，仅屈服极限跟温度变化，弹性模量保持不变，以拘束的杆件的加热变形来近似地应用到板条中心、板条边缘的堆焊应力，但是有的观点已经过时。Krebs科学而直观地用图示提供了关于焊接变形起因的基本论据。Mayhr建立三维有限元模型分析了铝合金T型接头的残余应力与变形。焊接变形预测日本早在20世纪70年代开始对其进行研究并取得卓有成效的进展, 研究成果已广泛用于造船企业精度控制技术中[21]。中国对这个课题的研究, 主要集中在基于热弹塑性力学有限元法和固有应变有限元法两个方面[22]。国内董俊慧等人建立了管道环焊缝焊接应力应变三维有限元模型。

3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
研究内容：
 学习marc数值模拟软件，熟悉数值模拟计算方法；
 利用marc建立TIG焊模型，了解材料参数的设置等；
 掌握TIG焊的温度分布规律及趋势；
 掌握采用数值模拟的方法来预测实际的TIG焊过程的温度变化及焊接变形。
成果形式：
数值模拟分析结果，得出铝合金纵直缝焊接温度场的分布规律及焊接变形情况，最终写出相应的论文。


4、拟解决的关键问题：
1、用marc建立圆筒纵直缝的TIG焊模型；
2、用数值模拟软件Marc去模拟分析TIG焊过程；
3、对模拟数值进行后处理得出圆筒纵直缝焊接温度场分布规律和变形情况。


5、研究思路、方法和步骤：
思路：选择材料，建立相应模型，设置相关参数，得出温度场分布规律。
方法：数值模拟
步骤：查阅相关文献，掌握模型建立的基本方法；学习数值模拟软件，先建立有限元模型（网格划分，再进行边界条件、材料属性、工况的定义，调试模型）；再对该模型进行数值模拟，之后对模拟数据进行后处理得到温度场分布规律及变形情况；写出相关论文。


6、本课题的进度安排：
第一周 — 第四周： 查阅资料、文献、了解课题及学习模拟软件MARC
第五周 — 第六周： 圆筒纵直缝焊接温度场模型建立（进行网格划分，进行边界条件、材料属性、工况的定义，初步运算，调试模型）
第七周 — 第八周： 对模拟数据进行后处理得到温度场分布规律
第九周 — 第十三周：撰写毕业论文



7、参考文献：
[1] 鹿安理，史清宇，赵海燕等.厚板焊接过程温度场的三维有限元数值模拟.中国机械工程.2001,12(2):183-186
[2] 王长利.焊接温度场和应力场的数值模拟.沈阳工业大学硕士学位论文.2005
[3] 刘传峰,常宗旭,孙勇.焊接温度场的数值模拟.煤矿机械.2012，33（8）：64-65
[4] 武传松. 焊接热过程数值分析［M］. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1990.
[5] 陈楚. 数值分析在焊接中的应用［M］. 上海:上海交通大学出版社,1985.
[6] 潘际奎. 展望21 世纪焊接科研［J］. 中国机械工程，2000，11（1）：21-25.
[7] 关桥, 郭德伦. 航宇薄壳结构的低应力无变形焊接新技术[ J] . 航空工艺技术, 1996( 4) : 4- 7.
[8] 刘志平, 王立夫. 铝合金部件焊接变形的产生及控制[ J] . 焊接技术, 2007, 36( 5) : 52- 53.
[9] Brown S B, Song H. Implications of three!dimensional numerical simulations of weldi ……（未完，全文共4908字，当前仅显示2479字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文开题报告：圆筒纵直缝焊接温度场数值模拟》）