基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟

针对TIG（钨极惰性气体保护电弧焊）焊接熔池中流场和温度场的耦合问题,建立了一定条件下的焊件上液体区域的温度、速度、压力等变量和固体区域的温度变量之间强耦合的三维瞬态控制方程及初始条件和边界条件,运用有限差分法与牛顿迭代法、超松弛方法相结合的数值方法对该数学模型进行了求解,并对0Cr18Ni9不锈钢薄板的TIG焊接熔池中流场和温度场进行了数值模拟.模拟结果验证了该数学模型和所采用的数值方法的有效性,为TIG焊接熔池的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供了理论依据和实验数据.     

GTAW焊接过程中熔池发展的数值模拟及与实验结果的比较

用描述等离子弧和熔池中的流体流动和传热过程的数学模型对熔池的发生进行了数值模拟，模拟结果和文献中实验结果的比较表明，该数学模型能较好地预测熔池的形状和大小，模拟结果中所得到的双循环流动对理解实验所得的测熔池的形状有重要意义。     

基于有限差分法的单晶热型连铸凝固过程的数值模拟

采用有限差分法对金属单晶热型连铸凝固过程的温度场进行数值模拟,对不同工艺组合下的液固界面曲线进行分析和比较,确定了连铸速度、冷却水流量、冷却距离、铸型温度等主要工艺参数对液固界面位置和形状的影响,其中连铸速度对凝固界面形状的影响不大,但对其位置的影响较大;改变冷却水流量和冷却距离均可调节冷却强度,相比之下,冷却距离对液固界面的影响更大;铸型温度对固液界面位置的影响较大,应进行准确控制。实际操作中可采用较小的冷却距离,同时适当提高连铸速度,保持铸型温度略高于金属熔点。     

激光再制造过程熔池温度场的数值模拟

建立简化二维非稳态温度场数值模型，采用有限元方法及ANSYS软件求解温度场分布，模拟了一个平板试验件激光再制造过程，其计算结果与文献提供数据比较误差较小，可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制工艺参数．     

激光加工中温场流场有限差分解法及计算机模拟

提出了激光加工中温场、流场的数学物理模型，采用控制体积方法建立了温场、流场的有限差分方程。开发了计算方法和程序，给出了温度场和速度场的计算机模拟．     

基于有限差分法的瀑布动画模拟

把数值方法和计算机图形学相结合,利用有限差分方法求解描述水流现象的物理模型浅水波方程,通过扰动的方法控制水流动画形成,进而实现了对水流现象的动画模拟.瀑布模拟试验结果表明,瀑布的运动不需要人工干预,由算法自动生成.同时能模拟物体与外界之间的相互作用.     

基于多物理场耦合的TIG焊电弧数值模拟研究

针对自由燃烧的TIG焊电弧,建立了二维轴对称数学模型,对稳态TIG焊电弧进行了数值分析,获得电弧的温度场、压力场、流场等分布规律。结果表明：电弧最高温度出现在钨极下方,电弧轴向和径向的温度随钨极和电弧中心之间距离的增加而降低;等离子体速度在电弧中心处达到最大值;阳极表面上的电弧压力随其离阳极中心距离的增大而降低;减小焊接电流可大幅度降低电弧温度、等离子体速度和电弧压力;减小电弧弧长可降低等离子体速度和电弧压力。     

脉冲TIG焊接熔池几何参数的视觉检测

介绍了作者自行研制的脉冲TIG（Tungsten Inert Gas）焊接熔池几何参数计算机视沉检测系统。该系统从硬件上将特殊采样时序与复合滤光措施相结合,减小电弧光的干扰,从软件上针对熔池区图像的特点,利用快速有较的处理算法,能够从正面实时检测出熔池重要几何参数,如熔池的最大宽度、半长、后部面积、后拖角等,为下一步焊接过程实时控制打下了良好基础。     

金属熔体电磁搅拌电磁-热-流体耦合场三维数值模拟

为优化电磁搅拌工艺,建立了电磁搅拌过程的电磁-热-流体耦合场数学模型,并用ANSYS软件进行了三维数值模拟。结果表明,电磁搅拌时坩埚内浆料中磁感应强度、速度场以及温度场均呈三维分布,浆料顶部中心区域的速度分布揭示了增强颗粒进入浆料的动力学条件,而浆料内的循环流以及坩埚壁附近的剪切流可使初生相、增强颗粒与流体之间产生摩擦、剪切和碰撞,为得到球状晶和实现增强颗粒的复合创造了条件。温度场计算结果表明,在制定搅拌工艺时,应根据合金的两相区大小和增强颗粒加入量等,使冷却速度和搅拌时间相匹配。电磁搅拌可使温度分布均匀,扩大等温区,有利于晶核的形成及按等轴晶方式长大,为得到半固态组织创造了条件.     

铝合金薄板电子束穿透焊熔池的数值模拟

为有效地控制电子束焊接后的焊缝成形,得到符合要求的焊接结构,本文基于电子束焊接熔池物理过程的分析,使用有限体积法(FVM)数值模拟软件Fluent,对2mm厚的2219铝合金电子束穿透焊的温度场和流场进行数值模拟,研究了电子束穿透焊时熔池的流动行为及规律.模拟结果表明,电子束焊接形成穿透型匙孔时,熔池中液态金属的流速大小和方向迅速发生改变,最大流速可以达到10 m/s;产生的金属蒸汽反冲压力会使熔池剧烈震荡,熔池中远离匙孔的液态金属在Marangoni对流的驱动下,使熔池上、下两部分形成了较中间部分更长、更不稳定的拖尾,同时促进了熔池宽度的增加;熔池宽度和熔池拖尾长度分别在35 ms、90 ms左右达到了稳定.模拟焊接熔池凝固后,正面焊缝有一定的余高,背面焊缝有一定的收缩,其表面焊缝形态与实际焊缝形态吻合良好.此外,通过对熔池中液态金属的流速分析,还可以得出结论:金属蒸汽反冲压力对熔池的驱动作用远大于重力和表面张力的影响.     

电渣重熔过程渣池流场数值模拟

采用商业软件ANSYS和FLUENT建立了电渣重熔过程渣池流场数学模型,分析了电渣重熔过程电磁力和热浮力共同作用下渣池流动行为,以及典型电渣重熔工艺参数（电极形貌、插入深度、填充比和电流强度）对电渣重熔过程渣池内流场的影响规律．结果表明：电磁力有利于渣池内产生逆时针涡流,浮力有利于渣池产生顺时针涡流．电极端部形貌对渣池流动影响较大,当电渣重熔电流均为5000A,频率为50Hz时,平头电极所在渣池内同时存在逆时针涡流和顺时针涡流,锥形电极所在渣池内只存在逆时针涡流．电极填充比和电流都对渣池内流动行为影响较大,减小电极填充比和增大电流强度都会使渣池内逆时针涡流增加．     

焊接过程耦合场分析的一种新的直接耦合解法

TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接过程的数值模拟是一个不可压缩的流场与温度场相互耦合的问题,其数学模型是三维非定常、非线性偏微分方程组的定解问题.首先建立了焊接过程耦合场分析中贴体曲线坐标系下的数学模型,其次给出了多重网格法与有限差分法、牛顿迭代法相结合的一种新的直接耦合解法,最后通过对移动热源作用下Q235低碳钢板的焊接过程进行模拟,数值结果表明,所给出的方法比传统迭代法(有限差分法+牛顿迭代法+超松弛方法)在计算时间上至少减少了35%.     

基于有限元法的气浮支承系统的数值模拟与实验研究

气浮支承系统以气体作为工作介质,根据气体润滑理论对气膜中气体的流动作了理论分析,采用有限元法对气膜流场进行了数值模拟,计算出了一定载荷下的速度分布、压力分布和耗气量、承载能力,通过与实验测试结果的对比。说明该方法是可行的。     

基于流固耦合分析的干式变压器温度场数值分析

壁面空气对流换热分析是影响环氧浇注干式变压器温度场数值模拟准确与否的主要因素。为了模拟对流换热过程,摆脱气道参数对变压器温升计算结果的影响,从空气质量、动量、能量守恒方程出发,建立干式变压器流固耦合场数值模型,采用有限差分法对温度场进行了计算,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验吻合较好。考虑空气流场的流固耦合模型能准确分析干式变压器工作中的温升问题,可分析变压器内部温度分布规律及影响温度分布的因素,指导变压器优化设计。     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出：在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间     

基于有限体积法的G4-73型离心风机三维流场数值模拟

基于有限体积法,利用Fluent软件对G4-73型离心风机内部流场进行了全三维数值模拟。结果表明:蜗壳内的低能流体区沿轴向朝流动方向推进;叶轮内的静压和动压在叶片吸力面靠近叶轮进口处最低,叶轮流道中动压等值线呈"凸"型分布,在叶片压力面靠近叶轮出口处静压和动压达到最大值,且叶轮出口相对总压损失集中在吸力面和前盘侧。     

Numerical and experimental investigations of weld pool geometry in GTA welding of pure aluminum简

A 2-D numerical model was developed to predict the shape of weld pool in stationary GTA welding of commercial pure aluminium, without considering fluid flow in the weld pool. A Gaussian current density and heat input distribution on the surface of the workpiece were considered. The parameters of Gaussian distribution were modified by comparing calculated results with experimental ones. It was found that these distribution parameters are fimctions of applied current and arc length. Effects of arc length, applied current and welding time on the geometry of the weld pool were investigated. To check the validity of the model, a series of experiments were also conducted. In general, the agreement between calculated overall shape of the weld pool and the experimental one was acceptable, especially in low applied currents. Therefore, it can be concluded that in pure aluminium, the heat conduction is dominant mechanism of heat transfer in the weld pool.     

基于ANSYS的异种材料堆焊温度场动态模拟

针对大多数堆焊温度场的数值模拟都是应用于同种材料的现状,对异种材料的堆焊温度场进行了研究.建立适当的有限元模型,对异种材料堆焊过程中温度场的瞬态变化进行了动态模拟.利用三维有限元网格划分技术,对工件进行网格划分,并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成,为缩短焊接过程数值模拟创造了条件.在此基础上,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现施加移动焊接热源,得到了异种材料温度场的分布规律.计算结果与焊接温度测试结果很接近,表明该计算方法能够准确地计算焊接温度场,是一种实用的工程计算方法.