3 焊接传热数学模型.pptVIP

焊接传热数学模型 2.控制方程 在移动电弧的作用下，被焊金属熔化形成熔池，按照熔池的形成和演化将熔池分为： 熔池前部：电弧输入的热量大于熔池散热 熔池后部：散失的热量大于电弧输入的热量 随着热量的散失，熔池凝固 物理意义 流体流动所引起的温度变化主要是由流体自身导热和流体对流传热造成的。 等式各项分别代表随时间相关的能量变化，同对流传热相关的能量变化以及导热和内热源。 对于熔池中的流体传热，还应满足动量方程 此外，熔池内的流场应满足约束条件，即体现流体流动质量守恒的连续方程 3.能量方程的内热源处理 （1）等效热源法 （2）比热容突变法 （3）等温法 4.动量方程中的体积力处理 熔池表面的电流密度服从高斯分布 初始值条件 * * * 1.基本假设 熔池和电弧呈轴对称分布 熔池中液体金属为黏性不可压缩的牛顿流体，流动状态为层流 材料物理性质随温度变化，忽略熔池金属的蒸发 焊接电弧的热流密度服从高斯分布 熔池内驱动液态金属流动的力为电磁力，浮力，表面张力，不考虑电弧压力 熔池液态金属和熔池固态金属的传热满足能量方程 密度，比热容，热导率应分别针对熔池金属的不同物理形态选取 6-2 6-1包括整个求解域内的熔池金属对流传热与热传导两方面问题，由于固体材料中的物质流速等于零，所以熔池周边固态金属内只进行热传导计算，6-1可化简为： 6-1 根据固定坐标（定义在工件上）与移动坐标（定义在热源上）的关系。 将 带入6-1。 6-3 x---计算点到热源中心的距离 6-1 当电弧传入工件的总势能等于通过熔合面传给母材的热量加上从熔池表面散失的热量时，熔池金属的传热处于准稳态，意味着熔池具有恒定的形状，并以与电弧相同的速度沿x轴移动，此时热能方程： 6-4 6-5a-c 上式：由微元体的体积力，表面压力，流体自身运动的动力（惯性力与黏性力之差）所产生的动量之和等于零。 惯性力 表面压力 体积力 黏性力 6-6 6-4-------6-6即为描述移动熔池中流场和热场的偏微分方程组，也就是熔池传热的控制方程。 焊接金属熔化或凝固时将伴随着潜热的吸收或释放，固态相变时也会出现同样的现象。处理相变潜热可以采用等效热源法，比热容突变法，等温法。 根据某单元的平均温度 确定该单元是否处于熔化状态。若 位于熔化或者凝固的温度范围内，则将其吸收或者释放的潜热等量的分配到该单元的各节点上。此时，相对于周围其他单元而言，该单元就成为一个瞬时内热源。 该法认为，一般在材料的固态相变过程中，其比热容会发生突变，具体体现在热焓的突变上。当不考虑固液两相区的固相或液相的分数时，可定义为热焓： 可以证明，无论上式中的比热 怎样变化，热焓 总是一个光滑函数，根据定义，有： 假设材料熔化或凝固时的温度不变，只有当潜 热全部吸收或释放完后，温度才会继续上升或 者降低。设熔化潜热 对应比热容 ，令： 在加热过程中，如果某点的温度T超过熔点Tm ,则强制将该点温度T拉回T拉回到Tm ，并记录下 继续下一个时间步长的计算，直到 此后，潜热的影响结束，该点温度继续上升或者。凝固时潜热的释放以同样的方法处理。 （1）浮力 （2）电磁力 * *