畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告：圓筒縱直縫焊接溫度場(chǎng)數(shù)值模擬

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
學(xué)院：　機(jī)電學(xué)院　　　　　　　　　　　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)：　材料成型與控制工程

課題名稱(chēng) 圓筒縱直縫焊接溫度場(chǎng)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(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)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(lèi)有色金屬結(jié)構(gòu)材料。在航空、航天、汽車(chē)、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)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(gè)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(guò)程。焊接現(xiàn)象包括焊接時(shí)的電磁、傳熱過(guò)程、金屬的熔化和凝固以及冷卻時(shí)的相變、焊接應(yīng)力和變形等等。因?yàn)楹附舆^(guò)程的復(fù)雜性，所以很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)焊接過(guò)程溫度和應(yīng)力分布進(jìn)行研究。作為焊接結(jié)構(gòu)材料，鋁合金焊接存在諸多問(wèn)題尚待解決。本課題針對(duì)圓筒縱直縫焊接過(guò)程進(jìn)行研究，應(yīng)用MARC軟件對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，從而得到該結(jié)構(gòu)焊接溫度場(chǎng)的模擬數(shù)值，得到該結(jié)構(gòu)焊接溫度場(chǎng)的分布情況和焊接結(jié)構(gòu)的變形情況。
通過(guò)對(duì)焊接溫度場(chǎng)的分析，研究焊接熱循環(huán)情況，對(duì)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。
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略883字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
。
在焊接處殘余應(yīng)力與變形的產(chǎn)生機(jī)理上，目前各國(guó)學(xué)者意見(jiàn)較為一致。觀點(diǎn)可表述為：被焊工件在移動(dòng)的熱源作用下加熱時(shí)，形成了一個(gè)在熱源附近溫度很高、周?chē)鷧^(qū)域溫度低的具有梯度的不均勻溫度場(chǎng)，所以熱源處焊縫及近縫區(qū)受熱而發(fā)生膨脹，此時(shí)卻受到周?chē)覆牡南拗贫艿綌D壓，由于這時(shí)溫度較高，材料屈服極限較低，焊縫區(qū)金屬很容易達(dá)到屈服變形，在隨后的冷卻過(guò)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(huì)有殘余壓縮塑性應(yīng)變保留下來(lái)。當(dāng)焊縫區(qū)降至室溫時(shí)，仍受到母材的完全拘束而不能運(yùn)動(dòng)，將殘留接近屈服強(qiáng)度的拉應(yīng)力，同時(shí)在工件中遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域就會(huì)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(guó)學(xué)者和專(zhuān)家進(jìn)行了大量的理論和試驗(yàn)。前蘇聯(lián)學(xué)者奧凱爾勃洛姆較早地對(duì)焊接變形的起因和分類(lèi)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(lái)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(diǎn)已經(jīng)過(guò)時(shí)。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(cè)日本早在20世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行研究并取得卓有成效的進(jìn)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(guó)對(duì)這個(gè)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(gè)方面[22]。國(guó)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?jī)?nèi)容（提綱）和成果形式：
研究?jī)?nèi)容：
 學(xué)習(xí)marc數(shù)值模擬軟件，熟悉數(shù)值模擬計(jì)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(shì)；
 掌握采用數(shù)值模擬的方法來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際的TIG焊過(guò)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(chǎng)的分布規(guī)律及焊接變形情況，最終寫(xiě)出相應(yīng)的論文。


4、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)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(guò)程；
3、對(duì)模擬數(shù)值進(jìn)行后處理得出圓筒縱直縫焊接溫度場(chǎng)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(chǎng)分布規(guī)律。
方法：數(shù)值模擬
步驟：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，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(jìn)行邊界條件、材料屬性、工況的定義，調(diào)試模型）；再對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)值模擬，之后對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理得到溫度場(chǎng)分布規(guī)律及變形情況；寫(xiě)出相關(guān)論文。


6、本課題的進(jìn)度安排：
第一周 — 第四周： 查閱資料、文獻(xiàn)、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(chǎng)模型建立（進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)行邊界條件、材料屬性、工況的定義，初步運(yùn)算，調(diào)試模型）
第七周 — 第八周： 對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理得到溫度場(chǎng)分布規(guī)律
第九周 — 第十三周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文



7、參考文獻(xiàn)：
[1] 鹿安理，史清宇，趙海燕等.厚板焊接過(guò)程溫度場(chǎng)的三維有限元數(shù)值模擬.中國(guó)機(jī)械工程.2001,12(2):183-186
[2] 王長(zhǎng)利.焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005
[3] 劉傳峰,常宗旭,孫勇.焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬.煤礦機(jī)械.2012，33（8）：64-65
[4] 武傳松. 焊接熱過(guò)程數(shù)值分析［M］. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1990.
[5] 陳楚. 數(shù)值分析在焊接中的應(yīng)用［M］. 上海:上海交通大學(xué)出版社,1985.
[6] 潘際奎. 展望21 世紀(jì)焊接科研［J］. 中國(guó)機(jī)械工程，2000，11（1）：21-25.
[7] 關(guān)橋, 郭德倫. 航宇薄殼結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力無(wú)變形焊接新技術(shù)[ J] . 航空工藝技術(shù), 1996( 4) : 4- 7.
[8] 劉志平, 王立夫. 鋁合金部件焊接變形的產(chǎn)生及控制[ J] . 焊接技術(shù), 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，當(dāng)前僅顯示2479字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告：圓筒縱直縫焊接溫度場(chǎng)數(shù)值模擬》）