三维静态锥体热源穿孔等离子弧焊接熔池的数值模拟

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟。研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化。并与高斯热源条件下的模拟结果做比较。最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾焰信号及焊缝尺寸等判断焊接熔池特征,将理论计算结果与试验测量值进行比较。

地源热泵群孔长期换热有限长体热源模型

为进一步提高地源热泵群孔系统解析模型的精确性和简洁性,对地源热泵群孔系统长期运行后的温度场进行研究.根据已建立的单孔有限长圆柱体热源模型,在圆柱体半径不超过临界半径时,有限长圆柱体热源模型与有限长线热源模型的钻孔外温升偏差可忽略不计.基于此性质,将现有群孔叠加分析法中的线热源模型替换为圆柱体热源模型,建立群孔长期换热有限长体热源模型.与线热源叠加法和有限元法对比表明,该群孔长期换热体热源模型与线源叠加法具有相同的计算精度,但计算量明显减少.对不同钻孔布置形式下该群孔体源模型与线热源叠加法的偏差进行分析,结果表明随体积近似偏差的增大而两者的偏差略有增长.

基于体热源的激光透射焊接PA66温度场模拟

目前国内激光透射焊接温度场模拟大多采用面热源,无法考虑炭黑含量的影响。为此,文中使用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PA66的激光透射焊接温度场进行了模拟,并将模拟结果与面热源下的模拟结果、实验结果分别进行对比。结果发现,由体热源模型模拟得到的焊缝热影响区形貌与实际热影响区形貌较为接近,模型预测的热影响区尺寸也与实测值保持着较高的吻合度,表明体热源能较好地表征炭黑含量对焊接结果的影响,并在温度场模拟方面明显优于面热源。

具体热源的湍流对流中热量传递势容耗散的界

本文从数学上确定了具体热源的湍流对流中时均热量传递势容耗散的上界和下界,该上界和下界反映了体热源对湍流对流中热量传递势容耗散的影响。其上界表明具体热源的湍流对流中时均热量传递势容耗散不会大于导热情况下时均热量传递势容耗散;其下界表明,给定湍流流场的统计特性,即在某种意义上,粘性耗散一定,这时时均热量传递势容耗散可能达到的下界依赖于体热源和速度的时均值。

非线性高斯体热源模型激光焊接数值模拟

利用Fluent软件进行非线性路径激光焊接数值模拟,通过改进旋转高斯曲面体热源模型,设定热源纵向移动的距离是时间的函数,实现热源移动,设定热源横向移动的距离是振幅,实现热源摆动,完成非线性路径激光焊接过程的数值模拟。本文通过C语言编译UDF,建立以正弦函数为激光束移动路径的旋转高斯曲面体热源模型,实现了用Fluent软件进行非线性路径激光焊接温度场和流场数值的模拟。

基于体热源的激光透射焊接聚碳酸酯温度场模拟

在激光透射焊接理论的基础上,对聚碳酸酯(PC)的激光透射焊接进行了深入研究。应用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PC的激光透射焊接温度场进行了模拟,得到了三维温度场分布,并从X,Y,Z三个方向上分析了热影响区的温度变化规律。结果表明,X方向上,焊缝中心处各点时间温度历程规律基本一致,只是最大温度出现的时间不同;Y方向上,随着与焊缝中心距离增加温度降低;Z方向上,最大温度位于焊缝下方,且向两侧逐渐降低。应用半导体激光器进行了透射焊接试验,对试验结果和仿真模拟结果进行了对比与分析,结果显示模拟与试验结果相吻合。

基于自适应面-体热源模型的6005A-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场数值模拟

以3 mm厚6065A-T6铝合金板为研究对象,利用ABAQUS软件模拟静止轴肩搅拌摩擦焊接过程中温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线,研究不同焊接速度对焊缝区域温度峰值的影响规律。结果表明:随着焊接速度的增大,热源中心的峰值温度逐步降低,焊核高温区域面积明显减小。常规搅拌摩擦焊横截面温度云图呈上宽下窄的“碗状”分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊的则类似于搅拌针的“锥形”形貌。在相同工艺参数下,静止轴肩搅拌摩擦焊相比于常规焊接工艺,能使焊核区域峰值温度降低大约30℃,所得的横截面温度场分布也更均匀。金相实验观测到的接头横截面形貌与模拟结果相匹配,有限元模拟结果与温度场实测结果良好吻合,说明所建立的自适应面-体热源模型能指导和预测实际焊接过程。

铝合金筒壁电弧增材制造数值模拟中分段弧形体热源模型的建立

为提升铝合金筒壁电弧增材制造数值模拟的计算效率,基于Goldak移动双椭球体热源在圆弧路径上的分段化与ABAQUS的二次开发,阐述了分段弧形体热源的数学推导过程;建立了有限元模型并进行了移动体热源、材料参数与边界条件的试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好;利用3种分段策略进行计算并分析了计算精度与效率。分段策略的数值模拟结果与移动体热源的对比表明:热循环曲线的变化趋势一致,峰值温度的计算误差在8%以内;残余应力云图的分布规律一致,且计算结果对热源的分段段数不敏感;利用一段、四段、八段弧形体热源进行计算的总时间分别节约了98.24%、77.51%、65.96%。

构造岩带热源体热传导及其温度变化研究

构造作用的热效应和温度变化是构造物理化学过程的主要研究内容。为探讨不同构造空间的侵位岩浆岩结晶ＰＴ轨迹的差别，建立有限元模型，模拟高温热源地质体向围岩传导热的过程，以研究该热源体的温度变化轨迹问题。设一定体积的热源地质体被分割成若干孤立体。随着分割数的增加，热源体的传导面积变大，分别相似处于封闭开放程度不同的构造空间的热源体。有限元数学模拟计算结果表明，处于挤压变形带→剪切变形带→引张变形带，热源体传导热量的速度表现出慢→较快→最快的差别，相应它们的温度降低速率则是小→稍大→最大。模拟研究说明，某一热源体因热量传导散发的温度降低速率与其所处构造空间封闭性系数呈反比。这一结果可以解释岩浆岩演化和差别的构造物理化学原因。

热源体对排风柜内气流分布影响的数值研究

采用CFD方法模拟了排风柜空置、内置不发热体(障碍物)和内置热源体时,排风柜内的气流分布。结果表明,热源体会明显影响柜内气流分布;热源体位于排风柜操作台中间位置时,对来流的阻挡致使其两侧面和背风面产生对称分布的旋涡流,顶部也产生旋涡,不利于污染物排除;热源体散热形成的浮升力有助于驱动气流向上运动,尤其能改善排风柜前壁面附近的气流分布,但改善程度与散热强度有关;热源体紧靠操作口或后壁面时,不利于污染物及时排走。

真空电子束焊接热源建模及功率密度分析

分析了真空电子束深熔焊接的热源作用形成钉状焊缝的特征,建立了峰值功率递增型旋转高斯体热源,即热源作用半径在深度方向呈高斯规律递减,热源功率密度在深度方向呈指数函数规律递增.利用该热源模型计算了聚焦状态和散焦状态下,真空电子束焊接特殊热效应的功率密度分布.结果表明,热源数学模型得到的功率密度分布规律符合理想状态下的电子束热源作用特征,可用于不同聚焦状态下的真空电子束焊接的热效应数值模拟研究.

一种激光热传导钎焊的热源模型

根据熔池具有较小深宽比的特征,发展了一种适合于铍板激光热传导钎焊的热源模型.分别建立了由表面高斯热源和内部旋转体积热源,按不同比例构成的复合热源、指数旋转抛物线体热源和线性旋转抛物线体热源三种模型.利用这三种模型计算了同一焊接条件下起焊点前2 mm处一点的焊接热循环曲线和熔池横断面轮廓,并进行了试验验证.目前的研究中用前两种热源模型计算所得的熔池横断面轮廓与试验结果相符,用线性旋转抛物线体热源的计算得不到熔化的熔池.结果表明,由于其参数少且与试验结果吻合良好,指数旋转抛物线体热源模型是最佳的热输入模型.

高能束焊接数值模拟可变新型热源模型的建立

基于电子束等高能束焊接熔池非旋转对称性以及深宽比较大的"钉头"焊缝特征,为更好地模拟焊缝形状,提高焊接模拟计算精度,建立了一带拐点的形状可变的双椭圆衰减体热源模型;新型热源模型形状的可转化性使其具有了可同时用于高能束焊接和一般焊接的通用性;模型建立过程中,对其前后能量的分布给出了明确的函数表达式,利用有限元分析软件对比分析了新型热源模型和其它几种热源模型的温度场的模拟结果,验证了其熔池形态的合理性及该热源的可扩展性.

大型复杂结构件高效焊接热源

文中基于分段化思想,建立了以焊缝等效温度为控制参数的分段移动温控型体热源模型,并利用Q345B平板对接焊模型对其进行模拟验证.同时以计算时间、计算精度为基准,基于不同网格尺寸,对分段移动温控型热源、逐点移动双椭球体热源、分段移动双椭球体热源三种热源模型的计算效率进行对比分析.结果表明,文中提出的分段移动温控型体热源模型所获得的残余应力和变形与逐点移动双椭球体热源模拟结果趋势一致,其计算精度与分段移动双椭球体热源相当,但计算效率更高,在复杂结构件上的使用效果更突出.

网格尺寸对双椭球热源模型作用下焊接温度场计算的影响

文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象,基于双椭球功率密度分布体热源模型,利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型,通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响,结合数值积分计算,分析比较了不同网格尺寸下,理论热输入与实际热输入的差别,提出了适宜的网格尺寸.计算结果表明,随着网格尺寸的不断减小,收敛时间变长,CPU计算时间变长,焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小;当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时,理论热输入与实际热输入偏差较小,得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定.

不同热源模型对Q345中厚板焊接温度场的影响

采用ANSYS有限元分析软件,分别以双椭球热源模型和均匀体热源模型对Q345中厚板多层焊的温度场进行模拟,以研究不同热源模型的作用特点及其对焊接温度场的影响。结果表明:在相同的焊接条件下,均匀体热源和双椭球热源的温度场基本一致,采用均匀体热源的焊接熔池也呈椭球形。与椭球热源相比,采用均匀体热源模型的温度场仿真结果更符合实际。但采用均匀体热源时,焊缝起始位置的温度偏低。因此,在焊接温度场仿真过程中,焊接的起始位置采用双椭球热源,其它位置采用均匀体热源,是一种较为理想的焊接能量施加方式。

磁场和活性剂联合作用下TIG焊热源模型的确定

为了确定磁场和活性剂联合作用下TIG焊热源模型,分别采用双椭圆面热源模型和双椭球体热源模型对焊接熔池的温度场分布进行了数值模拟,根据模拟结果的等值线分布情况可以获得熔池形状.通过将试验值和模拟值进行对比可以发现,利用双椭球体热源模型得到的熔池形状与实际熔池尺寸相吻合,而双椭圆面热源模型不能很好地反应厚度方向上的温度分布.结果表明,双椭球体热源模型可以更加准确地表征磁场和活性剂联合作用下TIG焊的实际焊接过程,打破了以往依照焊接方法选取热源模型的传统.

熔化极气体保护焊热过程的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下熔化极气体保护焊热过程的数值分析模型。利用VisualFortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及自由表面的变形,并进行了对比试验。结果表明,达到宏观准稳态时所得的熔池宽度与深度与试验结果基本吻合。

成都某城市综合体商业中心暖通空调设计

介绍了某城市综合体商业中心空调冷热源配置方案、空调系统形式、通风和防排烟设计、空调自控及空调节能措施,最后提出了该项目的设计体会。

基于红外温度测量的黑体炉温度控制系统分析

为解决黑体炉手动测温不准确等问题,提出了基于红外温度测量的黑体炉温度控制系统。首先分析了红外测温的原理,针对黑体热源辐射建立了数学模型。其次提出了黑体炉温度控制原理和流程,说明了自抗扰控制系统以及其在黑体炉温度控制中的改进。最后利用仿真系统说明了红外温度测量的影响因素以及自抗扰控制与PID控制方法的优势,验证了所提方法的有效性。