【正文】 的網(wǎng)格劃分模型如下， 我們主要觀察焊縫 、 熱影響區(qū)和部分母材的溫度場和應(yīng)力場 的數(shù)據(jù)變化規(guī)律， 所以劃分網(wǎng)格的時(shí)候可以將這部分區(qū)域單元格劃分 密集一些 ，從而得到準(zhǔn)確的結(jié)果，而不需要過多關(guān)注的位置則無必要?jiǎng)澐痔?xì)的網(wǎng)格。一般來說，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度就會相應(yīng)提高，但同時(shí)計(jì)算時(shí)間也會相對變長。 模型建立和 網(wǎng)格劃分 對于形狀簡單的零件，可以在 visualmesh 里面直接建立模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在金屬材料的有限元分析中，一般采用米賽斯（ von mises） 屈 服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則從能量的角度設(shè)定金屬塑性變形的臨界條件； 塑性區(qū)內(nèi)的塑性流動(dòng)準(zhǔn)則 ：當(dāng)材料應(yīng)力值高于屈服極限時(shí)，材料發(fā)生塑 性變形，塑性變形的流動(dòng)方向就需要使用流動(dòng)準(zhǔn)則來確定 ,一般使用米賽斯（ von mises）流動(dòng)準(zhǔn)則； 強(qiáng)化準(zhǔn)則：該準(zhǔn)則描述了初始屈服時(shí)材料變形隨著塑性應(yīng)變的發(fā)展規(guī)律，在Sysweld 中有等向強(qiáng)化模型和隨動(dòng)強(qiáng)化模型兩種計(jì)算模型； 彈性應(yīng)變 、 塑性應(yīng)變與溫度變化是密不可分的； 與溫度有關(guān)的力學(xué)性能、應(yīng)力應(yīng)變存在微小的時(shí)間增量內(nèi)線性變化。其中熱彈 塑 性分析是在焊接熱循 環(huán)過程中通過一步步跟蹤熱應(yīng)變行為來計(jì)算熱應(yīng)力和應(yīng) 變的，該方法需要在計(jì)算機(jī)上采用有限元數(shù)值模擬的方法實(shí)現(xiàn)，采用這種方法可以準(zhǔn)確地得到焊接過程中焊接應(yīng)力和應(yīng)變的變化過程，隨著現(xiàn)在大型商用有限元模擬軟件的發(fā)展和完善，熱彈塑性分析已經(jīng)被越來越廣泛地使用。a, 分別為雙橢球熱源分布參 數(shù) 。 圖 21 雙橢球模型 其熱量傳輸具體表達(dá)式為： （ 26） （ 27） 式中： 電弧熱效率 。 ? 第二類邊界條件是 邊界上的熱流密度分布 已知 ，即： （ 24） 邊界上 沒有 熱量傳輸 是第二類邊界條件的特殊情況， 絕熱表面 上 任意點(diǎn)的比熱流量以及沿表面法線方向的溫度梯度均為零。 1. 三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方 程 對于均勻且各向同性的連續(xù)體介質(zhì)，并且其材料特征值與溫度無關(guān)時(shí)，在能量守恒原則的基礎(chǔ)上，可得到下面的熱傳導(dǎo)微分方程 (21) 式中， 為熱導(dǎo)率（ c 為比熱容（ 為密度（為單位體積逸出或消耗的熱能； 為內(nèi)熱源強(qiáng)度。 在作溫度場的有限元分析的時(shí)候，原則上可以進(jìn)行任何條件的模擬，但是從實(shí)際 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 8 頁 和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，需要對焊件和熱源進(jìn)行合理簡化，這是非常有必要的，簡化的時(shí)候以下幾點(diǎn)可作為參考： 1) 簡化焊件尺寸，這樣建模和網(wǎng)格 劃分的時(shí)候都會比較簡單，將劃分的單元視為均勻的，連續(xù)的，同質(zhì) 的。單元尺寸可以根據(jù)實(shí)際需要研究的結(jié)構(gòu)部位而變化，做到疏密有致。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁 第 2 章 有 限元 數(shù)值 理論基礎(chǔ)和軟件應(yīng)用 有限元分析理論基礎(chǔ) 有限元理論 有限元法（ Finite Element Method， FEM），是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展和有限元分析軟件的大量出現(xiàn)而出現(xiàn)的一種使用廣泛的離散數(shù)值計(jì)算方法，現(xiàn)在焊接過程的溫度場和應(yīng)力場已經(jīng)大量使用有限元法進(jìn)行數(shù)值模擬。 論文的主要工作內(nèi)容 本文 以鋁合金高速列車側(cè)墻作為研究對象，以有限元數(shù) 值模擬軟件 SYSWELD 為平臺，以雙橢球熱源模型作為研究過程中的熱源模型，對側(cè)墻的 MIG 焊 焊接過程中的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行 分析，具體工作內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn)： 1） 根據(jù)鋁合金的 MIG 焊特點(diǎn)，選用適合該焊接的 雙橢球熱源分布模型，熟練掌握熱源模型參數(shù)對焊接熔池的影響，得到較 好的焊縫成形。 華中科技大學(xué)的梁曉燕本基于 ANSYS 平臺，對中厚板對接多道焊的溫度場和應(yīng)力場的分布進(jìn)行了 數(shù)值模擬計(jì)算，得到了典型 時(shí)刻的溫度場分布、殘余應(yīng)力 分布 以及 其 最終的變形情況， 并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 [22]。 國內(nèi) 在 20 世紀(jì) 80 年代 ，西安交通大學(xué)和上海交通大學(xué)對焊接熱塑性理論和有限元數(shù)值分析進(jìn)行了研究。 同時(shí) ， 在 美國的 Iwaki 也基于有限元分析理論編寫了 可以 模擬 板上堆焊時(shí)焊接熱應(yīng)力 的 分析程序。 早在 1936年 ,Boulton 等發(fā)表文章 討論了焊接過程 中 沿板件邊緣產(chǎn)生的瞬時(shí)熱應(yīng)力， 簡單分析了 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)制 [14]。焊接殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響往往和結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境、結(jié)構(gòu)材料的性能、殘余應(yīng)力的大小和分布、外載的作用狀態(tài)等因素相關(guān) 。 李瑞英等人采用雙橢球熱源模型 模擬了勻速運(yùn)動(dòng)電弧下 TIG焊接不銹鋼的溫度場，觀察了熔池形態(tài)演變并和實(shí)際情況進(jìn)行了對比 [11]。北京交通大學(xué)，重慶大學(xué)，合肥工業(yè)大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的教授和學(xué)生基于 SYSWELD利用 有限元理論對不同結(jié)構(gòu)焊件，不同焊接方法進(jìn)行了溫度場的數(shù)值模擬， 均驗(yàn)證了SYSWELD 的準(zhǔn)確性和可行性 。為了 更加全面分析焊接 溫度場， 得到和實(shí)際情況更加一致的溫度場， 美國科學(xué)家 bathe 熱傳導(dǎo)過程中 ，不僅考慮了熱對流以及輻射傳熱 等其他熱現(xiàn)象，而且還考慮了相變潛熱等因素 ， 設(shè)置的模擬參數(shù)和實(shí)際情況更加接近 [6]。 1966 年， Wilson 和 Nickell 首先將利用 有限元 數(shù)值法模擬 固態(tài)熱傳導(dǎo) 過程，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 [3]。 國外早在 20 世紀(jì) 40 年代就開始了對于焊接熱過程的研究， 分析了 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁 勻速移動(dòng)熱源在焊件中的熱傳導(dǎo)過程 ，但 并未考慮到一些熱物性參數(shù)會 隨溫度 變化而變化 [2]。如果用實(shí)驗(yàn)的方法去測量溫度場和應(yīng)力場，必須 考慮測量誤差的存在，并且還會浪費(fèi)很多時(shí)間，大量的人力，物力和財(cái)力，經(jīng)濟(jì)效益不好。在這種背景下， 1980 年， 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 2 頁 法國法碼通公司和 ESI 公司共同開展了 SYSWELD 的工藝開發(fā)，由于熱處理工藝中同樣存在和焊接工藝相類似的多相物理現(xiàn)象， 所以 SYSWELD 很快也被應(yīng)用到熱處理領(lǐng)域中并不斷增強(qiáng)和完善，隨著應(yīng)用的發(fā)展， SYSWELD 逐漸擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，并迅速被汽車工業(yè)，航空航天，國防和重型工業(yè)所采用 [1]。 數(shù)值模擬方法有很多種，如有限元法，數(shù)值積分法，蒙特卡洛法 ，差分法等，尤其是有限元法已經(jīng)很廣泛地運(yùn)用于焊接熱傳導(dǎo)，焊接應(yīng)力和焊接變形 分析中。 相對于其他成型技術(shù)，焊接具有接頭強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性大，接頭密封性好，成品率高等優(yōu)點(diǎn)，但是焊接過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，涉及到電弧產(chǎn)生， 復(fù)雜傳熱，金屬相變，焊接變形和焊接應(yīng)力等。Numerical simulation。 以上面模擬實(shí)驗(yàn)作為理論依據(jù)，可以縮短側(cè)墻模型的長度，大幅減少計(jì)算量而不影響軟件模擬的結(jié)果。 焊接過程是涉及電弧產(chǎn)生，復(fù)雜傳熱，金屬相變，焊接變形和焊接應(yīng)力等復(fù)雜現(xiàn)象的一個(gè)過程，焊接 時(shí)的高密度的瞬時(shí)熱輸入，局部加熱，熱源的相對運(yùn)動(dòng)，使得所焊工件受熱不均勻，產(chǎn)生很大的應(yīng)力和變形，對工件的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生不好的影響，所以 分析 焊接過程中的復(fù)雜溫度場和應(yīng)力場對分析焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量有決定性意義，隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展和相關(guān)商業(yè)軟件的開發(fā)，有限元數(shù)值模擬成為研究焊接技術(shù)的重要手段。 西 南 交 通 大 學(xué) 本 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） AlMgSi 系鋁合金 MIG 焊 溫度場及應(yīng)力場數(shù)值模擬 年 級 :2021 級 學(xué) 號 : 姓 名 : 專 業(yè) :材料成型及控制工程 指導(dǎo)老師 : 2021 年 06 月 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 I 頁 院 系 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 年 級 2021 級 姓 名 許文 題 目 AlMgSi 系鋁合金 MIG 焊溫度場及應(yīng)力場數(shù)值模擬 指導(dǎo)教師 評 語 指導(dǎo)教師 (簽章 ) 評 閱 人 評 語 評 閱 人 (簽章 ) 成 績 答辯委員會主任 (簽章 ) 年 月 日 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 II 頁 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書 班 級： 07 成型 01 班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 20215302 發(fā)題日期： 2021 年 3 月 1 日 完成日期： 2021 年 6月 8日 題 目： AlMgSi 系 鋁合金 MIG 焊溫度場及應(yīng)力場數(shù)值 模擬