基于ANSYS的焊接温度场数值模拟开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程，是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。它作为现代制造业必不可少的工艺,在材料加工领域占据着重要地位。

焊接过程伴随着热量的产生，是一个局部快速加热到高温，并随后快速冷却的过程。焊接热过程的特点有：焊件是局部加热的；加热温度高：焊接热源不断运动；是一个非线性瞬态热过程[5]。焊接过程中，某一时刻焊接接头中的温度分布，通常用等温线或等温面来表示。焊接温度场受热源的性质、金属的热物理性质（比热容、热导率等）、焊接线能量、焊件的大小和形状、坡口形式、和焊接工艺等的影响。由于焊接温度场的分布非常不均匀,在焊接的过程中以及焊后都将产生较大的焊接应力和变形，这对焊接结构的制造过程,以及焊接结构的使用性能有很大的影响。可以说焊接温度场的准确计算或模拟,是焊接冶金分析以及焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提。因此对焊接温度场的定量分析、预测、模拟具有重要的实际意义[1]。

焊接温度场的分析属于典型的非线性瞬态热传导问题，它的计算较为困难。传统的焊接温度场预测依赖于试验和统计基础上的经验曲线或经验公式。直至20世纪末提出的计算机模拟的手段,使得热加工的发展得到了新的突破。1966年wilson和nickell首次把有限元法用于固体热传导的分析计算中，krutz在1976年的博士论文中专门研究了利用焊接温度场预测接头强度问题，分析了非线性温度场[14]。1996年汪建华等人对三维非线性瞬态焊接温度场进行了数值模拟，分析了焊接温度场的特点[9]。同年，蔡洪能等人采用表面双椭圆热源模型，并引入焓对ttg焊接温度场进行数值模拟，分析了焊接熔池的各个参数[11]。2001年，蒋力培研制了一种新型的单镜头双波长红外图像比色测温系统，可以实时监测到焊接温度场[12]。2004年，董志波等人对高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型和双椭球热源模型进行了研究，提出了适合三维模型的最佳热源模型[10]。2012年柯佳娜利用生死单元技术和apdl参数化语言实现焊接热源的移动加载，简化了求解过程，探讨了不同时刻中厚板的温度场分布[7]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

随着计算机技术和有限元法的发展，数值模拟被广泛的应用于解决各种焊接问题，并且取得了显著成效。本课题简要分析了国内外关于焊接温度场数值模拟的研究现状和发展趋势，阐释了焊接热过程的特点，焊接传热学的相关理论以及ansys软件的基本知识。除此之外，还介绍了利用ansys软件对堆焊焊接温度场进行数值模拟计算的过程，并对结果进行分析和总结。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献，明确研究内容，确定技术方案，完成开题报告。

第3周：完成英文文献翻译。

第4－5周：熟悉焊接温度场数值模拟的相关理论。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]汪建华.焊接数值模拟技术及应用[m].上海:上海交通大学出版社,2003.

[2]方洪渊主编.焊接结构学[m].北京:机械工业出版社,2008．

[3]凌桂龙编著.ansys14.0热力学分析从入门到精通[m].北京:清华大学出版社,2013.