焊接热过程仿真实验报告.docx
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焊接热过程仿真实验报告
焊接热过程仿真实验
一、实验目的
1、通过实验加强对瞬时点热源焊接温度场和焊接热循环的概念、影响因素、解析解和数值解的特点等的感性认识。
2、Matlab,Ansys软件的使用。
二、实验内容
1、使用Matlab计算绘制瞬时点热源焊接温度分布曲线。
2、使用Aansys软件对瞬时点热源焊接温度场进行仿真计算,观察温度分布云图,绘制指定点的焊接热循环曲线,对瞬时点热源焊接温度场的影响因素进行定量定性的探讨。
三、实验步骤
1、使用Matlab计算绘制瞬时点热源焊接温度分布曲线。
(1)启动Matlab软件;
(2)打开新文件
(3)编写程序
源程序如下:
%Instantpointheat
r=-4:
.01:
4;
Q=3600;
lan=0.4;
c=0.65;
p=7.8;
cp=c*p;
a=lan/cp
fort=1:
1:
10
temp=2*Q/cp/(4*pi*a*t)^1.5*exp(-r.^2/4/a/t);
plot(r,temp)
holdon
end
ylabel('温度(C)')
xlabel('距离r(cm)')
gridon
(4)运行程序
(5)记录指定时间的温度,绘制温度分布曲线。
实验结果图如下:
2、使用Aansys软件对瞬时点热源焊接温度场进行仿真计算。
ANSYS软件采用有限元方法进行稳态、瞬态热分析,计算各种热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括:
对流,辐射,热流率,热流密度(单位面积热流),热生成率(单位体积热流),固定温度的边界条件。
采用ANSYS软件进行热过程分析可以用菜单交互操作和编程两种方式。
由于本次实验仅有两学时,学生又无该软件的使用经验,所以主要以程序调试为主,将重点放在参数影响因素的探讨。
(1)使用文本文件编辑器编写程序
(2)以.mac为扩展名存盘
(3)运行Ansys软件
(4)设置文件夹到程序所在文件夹
(4)运行程序
源程序及各步骤所得结果图如下:
!
步骤1:
项目设置
FINISH
/CLEAR
/FILNAME,Pointheating
!
Givetheanalysisatitle
/TITLE,PointHeat
!
步骤2:
设置单元、材料特性参数
/PREP7
/UNITS,SI
ET,1,SOLID70!
单元类型选择
MP,DENS,1,7800!
密度
MP,KXX,1,40!
导热系数
MP,C,1,650!
比热容
!
MPTEMP,1,0,227,727,1727,2727
!
MPDATA,KXX,1,1,83.5,61.5,32.5,42.5,46
!
MPDATA,C,1,1,430,540,980,847,400
!
MPTEMP,1,0,1533,1595,1670
!
MPDATA,ENTH,1,1,0,7.5E9,9.6E9,1.05E10
!
步骤3:
建模
a=0.05!
模型边长
an=5!
边长上的单元数
b=0.01!
网格密集区边长
bn=10!
网格密集区边长上的单元数
block,0,b,0,b,0,b!
建模
block,0,a,0,a,0,a
vovlap,all
/pnum,volu,1
Vplot
!
步骤4:
网格划分
vsel,s,loc,z,0,b
vatt,1,,1,0
mshkey,1
LESIZE,11,,,bn,,,,,1
LESIZE,6,,,bn,,,,,1
LESIZE,7,,,bn,,,,,1
vmesh,all
vsel,inve
vatt,1,,1,0
esize,a/an
smrtsize,6
mshape,1,3d
mshkey,0
vmesh,all
vsel,all
/VIEW,1,0.5,-1,0.5
/TRIAD,OFF!
Turntriadsymboloff
/REPLOT
!
步骤5:
求解
/SOLU
ANTYPE,TRANSIENT,NEW
TRNOPT,FULL
LUMPM,ON
TOFFST,273
TUNIF,20!
工件初始温度。
有预热时改为预热温度
TREF,20!
参考温度
acof=10!
传热系数
SFA,8,,conv,acof,20
SFA,10,,conv,acof,20
SFA,12,,conv,acof,20
F,2,HEAT,3600/4/0.2!
输入热量
TIME,0.2!
Settimeatendofloadstep
AUTOTS,-1!
Programchosenautomatictimestepping
DELTIM,0.01,0.001,0.25,1!
Specifytimestepsizes
KBC,1!
Specifysteppedloading
!
OUTRES,ALL,ALL!
Writetofileateverystep
SAVE
/STAT,SOLU!
Displaysolutionoptions
/REPLOT!
Displayallnodes
SOLVE
F,2,HEAT,0
TIME,5!
Settimeatendofloadstep终止时间
SOLVE
FINISH
/post1
plnsol,temp!
显示温度分布
/EOF
(5)使用GeneralPostproc/ReadResults读取指定时间的数据,(选取t=2.996s时刻温度场,实验结果图如下)
(6)使用GeneralPostproc/PlotResults绘制温度场云图
(7)使用TimeHistPostproc/VariableViewer绘制指定点的热循环曲线,获取热循环曲线数据。
选取点Node=33、34、35、36、37、38。
其坐标如
各点热循环曲线图如下:
(8)获取分析讨论所需的数据和依据
改变网格密度对计算精度的影响(提示:
改变程序中an、bn值)
模型尺寸对精度的影响(提示:
改变程序中a值)
焊接件尺寸多大可以作为无穷大处理
有限元数值解与解析解的比较(提示:
选择若干个时间的数据比较)
预热对焊接温度场、热循环曲线的影响(提示:
改变程序中工件初始温度)
焊接件与大气环境对流传热对焊接温度场、热循环曲线的影响
(提示:
增加对流传热条件)
当材料性能不为常数对流传热对焊接温度场、热循环曲线的影响
(提示:
材料特性数据随温度变化
3、实验结果与讨论
温度场分布、变化规律
热循环曲线及特点
为何将模型分为网格尺寸不同的两个区
改变网格密度对计算精度的影响
模型尺寸对精度的影响,
有限元数值解与解析解的比较
焊接件尺寸多大可以作为无穷大处理
预热对焊接温度场、热循环曲线的影响
焊接件与大气环境对流传热对焊接温度场、热循环曲线的影响
当材料性能不为常数对流传热对焊接温度场、热循环曲线的影响
4、实验体会