材料加工過程的數(shù)值模擬之溫度場數(shù)值模擬(存儲版)
【正文】 ：以差分代替微分，對基本方程離散，建立以節(jié)點參數(shù)為未知量的線性方程組，而求得近似解。– 特點：不能獲得未知量的連續(xù)函數(shù)，而只是某些代表性地點的近似值– 步驟– 種類：有限差分法、有限元法、邊界元法、有限容積法等24不穩(wěn)定導熱的有限差分法解題步驟? 分析和簡化物理模型– 判斷問題屬于穩(wěn)態(tài)問題還是非穩(wěn)態(tài)問題– 有無內熱源– 適宜的坐標– 判斷邊界條件的類型? 數(shù)學模型的建立一般模型：物性參數(shù)為常數(shù)：非穩(wěn)態(tài)無內熱源物性參數(shù)為常數(shù)：24不穩(wěn)定導熱的有限差分法解題步驟穩(wěn)態(tài)無內熱源：采用圓柱坐標時，若物性參數(shù)為常數(shù)，由于 :24不穩(wěn)定導熱的有限差分法解題步驟? 區(qū)域和時域的離散– 區(qū)域的離散：將幾何連續(xù)點的區(qū)域用一些列網(wǎng)格線分割開，形成一系列單元。dx dy d ? = –d qx dz 材料加工過程的數(shù)值模擬第二章：溫度場數(shù)值模擬魏艷紅教學目的? 掌握基本的傳熱知識? 了解熱加工過程模擬的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢? 了解傳熱問題的數(shù)值計算方法? 掌握實際熱加工過程溫度場數(shù)值模擬的基本步驟先修課程? 傳熱學? 高等數(shù)學? 線性代數(shù)? 數(shù)值分析? 熱加工基本理論? 材料基礎知識參考書目? 鑄件凝固過程數(shù)值模擬，陳海清等，重慶大學出版社， 1991（ TG21C42）? 焊接熱過程數(shù)值分析，武傳松，哈工大出版社， 1990（ TG402N74）? 計算機在鑄造中的應用，程軍，機械工業(yè)出版社， 1993（ TG248C73）? 計算傳熱學，郭寬良，中國科學技術大學出版社， 1988（ TK12443G91）? 焊接熱效應， [德 ]，機械工業(yè)出版社， 199721 熱加工過程模擬的研究現(xiàn)狀熱加工過程模擬的意義? 材料熱加工– 鑄造：液態(tài)流動充型、凝固結晶等；– 鍛壓：固態(tài)流動變形、相變、再結晶等；– 焊接：熔池金屬熔化、凝固結晶；熱影響區(qū)金屬經(jīng)歷不同的熱處理過程；– 熱處理：相變、再結晶等；– 特點：復雜的物理、化學、冶金變化? 熱加工過程目的– 獲得一定的形狀、尺寸、成分和組織– 成為零件、毛坯、結構21 熱加工過程模擬的研究現(xiàn)狀熱加工過程模擬的意義? 熱加工過程的結果– 成型和改性：使材料的成分、組織、性能最后處于最佳狀態(tài)? 熱加工工藝設計– 根據(jù)所要求的組織和性能，制定合理的熱加工工藝，指導材料的熱加工過程? 熱加工工藝設計存在的問題– 復雜的高溫、動態(tài)、瞬時過程：難以直接觀察，間接測試也十分困難– 建立在 “經(jīng)驗 ”、 “技藝 ”基礎上21 熱加工過程模擬的研究現(xiàn)狀熱加工過程模擬的意義? 解決方法– 熱加工工藝模擬技術：在材料熱加工理論指導下，通過數(shù)值模擬和物理模擬，在實驗室動態(tài)仿真材料的熱加工過程，預測實際工藝條件下的材料的最后組織、性能和質量，進而實現(xiàn)熱加工工藝的優(yōu)化設計? 熱加工過程模擬的意義– 認識過程或工藝的本質，預測并優(yōu)化過程和工藝的結果（組織和性能）– 與制造過程結合，實現(xiàn)快速設計和制造21 熱加工過程模擬的研究現(xiàn)狀熱加工過程模擬的發(fā)展歷程? 60年代（起源于鑄造）? 丹麥的 Forsund首次采用有限差分計算了鑄件凝固過程的傳熱。dy dz dx d ? + d qz ? 數(shù)值解法– 定義：是一種以離散數(shù)學為基礎，以計算機為工具的求解方法。節(jié)點（ i,j）處的溫度表示成 Ti,j，對于 0xL1和 0yL2的矩形區(qū)域內，將二維不穩(wěn)定導熱方程式應用于節(jié)點（ i,j）可以寫成：三、建立內節(jié)點差分方程? 若 ?x= ?y，則：四、邊界 節(jié)點差分方程 /熱平衡法? 基本
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