Разработка и применение компьютерной имитационной модели для исследования процесса лазерной сварки
Диссертация
Элементарные явления, сопровождающие сварочные процессы, могут быть описаны в рамках аппарата математической физики дифференциальными уравнениями: теплопроводности, диффузии, электрического потенциала и подобных им. Эти дифференциальные уравнения полностью абстрагированы от условий протекания реального процесса, учитываемых уравнениями однозначности (краевыми условиями) и определяющими свойства… Читать ещё >
Содержание
- Перечень условных обозначений и аббревиатур
- Глава 1. Аналитический обзор
- 1. 1. Физико-математическое моделирование
- 1. 1. 1. Этапы математического моделирования
- 1. 1. 2. Классификация математических моделей
- 1. 1. 3. Математическая постановка задачи
- 1. 1. 4. Модели переноса энергии
- 1. 1. 5. Модели источников теплоты
- 1. 1. 6. Модели деформации поверхности расплава
- 1. 1. 7. Модели состояния вещества
- 1. 1. 8. Примеры физико-математических моделей процесса сварки
- 1. 2. Математические методы решения
- 1. 2. 1. Аналитические методы
- 1. 2. 2. Численные методы
- 1. 2. 3. Адекватность математических моделей
- 1. 3. Вычислительный эксперимент
- 1. 3. 1. Алгоритмы вычислительного эксперимента
- 1. 3. 2. Обратные задачи обработки эксперимента
- 1. 3. 3. Примеры установления закономерностей
- 1. 1. Физико-математическое моделирование
- 2. 1. Постановка задачи моделирования
- 2. 2. Уравнение переноса энергии в неоднородной среде
- 2. 3. Учет непрерывной подачи дополнительного материала
- 2. 4. Уравнение свободной поверхности
- 2. 5. Теплофизические свойства расплава
- 2. 6. Математическая постановка задачи
- 3. 1. Обоснование метода решения
- 3. 2. Строение области численного решения
- 3. 3. Введение массива маркеров теплофизических свойств среды
- 3. 4. Метод решения и алгоритм
- 3. 4. 1. Метод решения дифференциального уравнения энергии
- 3. 4. 2. Метод решения дифференциального уравнения поверхности
- 3. 4. 3. Алгоритм решения задачи в связанной постановке
- 3. 5. Термодинамические свойства свариваемых материалов
- 3. 6. Особенности имитации двухсторонней симметричной сварки
- 3. 7. Создание имитационной программы
- 3. 8. Верификация модели
- 3. 8. 1. Методика проверки на адекватность
- 3. 8. 2. Стальные стыковые швы с зазором и присадочной проволокой
- 3. 8. 3. Стальные угловые швы
- 3. 8. 4. Алюминиевые угловые швы
- 4. 1. Пакет прикладных программ для исследования процессов сварки
- 4. 1. 1. Цели и задачи создания пакета программ
- 4. 1. 2. Оптимальная структура пакета
- 4. 1. 3. Возможности исследования процесса сварки
- 4. 2. Решение задачи анализа
- 4. 2. 1. Сравнение эффективности газового и твердотельного лазеров
- 4. 2. 2. Исследование влияния входных параметров на выходные
- 4. 2. 3. Оценка эффективности использования энергии лазера
- 4. 2. 4. Оценка стабилизации процесса
- 4. 3. Решение задачи синтеза
- 4. 3. 1. Определение неизвестного коэффициента поверхностного натяжения расплава, граничащего с плазмой парогазового канала
- 4. 3. 2. Расчет мощности лазера для заданного значения глубины расплавленной
- 4. 3. 3. Двухпараметрическая оптимизация процесса
Список литературы
- Углов A.A. Состояние и перспективы лазерной технологии // Физика и химия обработки материалов, 1992. № 4. С. 32 34.
- Технологические лазеры: Справочник: Т1. Расчет, проектирование и эксплуатация / Под общ. ред. Г. А. Абильсиитова. М: Машиностроение, С. 1991.-432.
- Голубев B.C. Отечественные промышленные технологические лазеры (Обзор состояния разработок и выпуска) // Сварочное производство. 1996, № 8. С. 5 11.
- Григорьянц А.Г. Достижения и перспективы развития лазерной технологии // Сварочное производство, 1996, № 8. С. 2- 4.
- Радаи Д. Возможности применения численного анализа свариваемости при проектировании процессов // САПР и экспертные системы в сварке. Под ред. В. Судника. Тула: ТулГУ. 1995. С. 7 19.
- Судник В.А., Ерофеев В. А. Расчеты сварочных процессов нам ЭВМ // Тула: Тульский политехнический институт, 1986. 100 с.
- Судник В.А., Ерофеев В. А. Математическое моделирование технологических процессов сварки в машиностроении // М.: Машиностроение, 1987.
- Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики //М.: Наука, 1972.
- Самарский A.A. Лекции по теории разностных схем. М.: Вычислительный центр АН СССР. 1969.
- Самарский A.A. Теория разностных схем. // М.: Наука, 1989. 616 с.
- Ладыженская O.A. Краевые задачи математической физики // М.: Наука, 1973.
- Марчук Г. И. Методы вычислительной математики // М.: Наука, 1977.
- Самарский A.A., Попов Ю. П. Разностные схемы газовой динамики //М.: Наука, 1980.
- Самарский A.A., Николаев Е. С. Методы решения сеточных уравнений // М.: Наука, 1978. 592 с.
- Владимиров B.C. Уравнения математической физики // М.: Наука, 1966.
- Соболев C.JI. Уравнения математической физики // М.: 1966.
- Моисеев H.H., Черноусько Ф. Л. Задачи колебаний жидкостй, подверженной силам поверхностного натяжения // Журнал вычислительной математики и математической физики, 1965, № 6. С. 1071 1095.
- Курант Р. Уравнения с частными производными // М.: 1964 (пер. с англ.)
- Жаблон К., Симон Ж.-К. Применение ЭВМ для численного моделирования в физике. М.: Наука, 1983. 235 с, Пер. с франц.
- Будак Б.М., Самарский A.A., Тихонов А. Н. Сборник задач по математической физике // М.: Наука, 1980. 668. с.
- Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости (Пер. с англ). М.: Энергоатомиздат, 1984. 150 с.
- Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз. 1951.296 с.
- Кархин В.А. Тепловые основы сварки. Учебное пособие. Л.: ЛенГТУ. 1990. 100 с.
- Ohji T., Nishiguchi К. Mathematical modeling of a molten pool in arc welding of thin plate // Technol. Repts. Osaka Univ., 1983, № 33. P. 35 45.
- Sudnik W.A. Digitale und experimentelle Temperaturverteilung in der Schwei? zone bei der Einwirkung des defokussierten Energiestromes // Strahltechnik. DVS Berichte. 1985, № 9. P. 158 161.
- Коган М.Г., Крюковский B.H. Форма и размеры сварочной ванны жидкого металла при сварке // Физика и химия обработки материала. 1986ю № 4ю С. 76−82.
- Березовский Б.М. Математическое моделирование формирования шва при дуговой сварке в различных пространственных положениях // Сб. научн. трудов ИЭС им. Е. О. Патона: Математические методы в сварке. Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1986. С. 111 116.
- Гидромеханика невесомости / В. Г. Бабский, Н. Д. Копачевский, Ф. Д. Мышкис и др. М.: Наука, 1976. 504 с.
- Финн Р. Равновесные капиллярные поверхности. Математическая теория. М.: Мир, 1989. 312 с.
- Судник В.А. Прогнозирование качества сварных соединений на основе численных моделей формирования шва при сварке плавлением тонкостенных конструкций // Дис.. д-ра техн. наук. ЛенГТУ. 1991. 340 с.
- Никифоров В.Д., Дьяченко В.В, Опарин М. И., Лопатина Г. Г. Использование сфокусированной лучистой энергии мощных ксеноновых ламп для сварки и пайки металлов. -М.: Сварочное производство. 1969. № 9. С. 1 3.
- Добровольская И.Н., Углов A.A. О нагреве твердых тел излучением лазера с учетом температурной зависимости поглощательной способности, квантовая электроника, 1974 ,№ 6, С. 1423−1427.
- Andrews J.G., Atthey D.R. Hydrodynamic limit to penetration of a material by a high-power beam // Journal Physics D: Applied Physics, 1976. № 9. P. 2181−2194.
- A keyhole model in penetration welding with a laser // J. Dowden, N. Postacioglu, M. Davis, P.D. Kapadia / Journal Physics D: Applied Physics, 1987. № 20. P. 36−44.
- Beck M., Berger P., Hugel H. Modelling of keyhole melt interaction in laser deep penetration welding // Laser Treatment of Materials, ECLAT '92. Oberursel: DGM Informationsgesellschaft Verlag. 1992. P. 963 698.
- Fundamental approach to the laser weldability of aluminium- and cooper-alloys / Ju. Rapp, M. Beck, F. Dausinger, H. Hugel / 5th European Conference on Laser Treatment of Materials, ECLAT '94, Bremen 1994. (Dusseldorf: DYS Verlag. Bericht Nr. 163).
- Mazumder J., Steen W.M. Heat transfer model for cw laser material processing // Journal Physics D: Applied Physics, 1980. Vol. 51. P. 941−947.
- Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов // М: Машиностроение, 1989. 304 с.
- Matsuhiro Y., Inaba Y., Ohji Т. Mathematical modelling of laser welding with keyhole. Part 1. // Quarterly Journal Japan Welding Society, 1994. Vol. UN. 4. P. 479−483.
- Ducharme R. et al. The laser welding of thin metals sheets: an integrated keyhole and weld pool model with supporting experiments // Journal Physics D: Applied Physics, 1994. Vol. 27. P. 1619−1627.
- Kroos J., Gratzke U., Simon G. Towards a self-consistent model of the keyhole in penetration laser beam welding // Journal Physics D: Applied Physics, 1993, Vol. 26. P. 474−480.
- Воздействие лазерного излучения на материалы // Р. В. Арутюнян, В. Ю. Баранов, Л. А. Большое // М.: Наука, 1989. 367 с.
- Duley W.W. Laser welding. London: John Willey, 1998.
- Веденов А.А., Гладуш Г. Г. Физические процессы при лазерной обработке металлов. М: Энергоатомиздат, 1985. 208 с.
- Зельдович Я.Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн «и высокотемпературных гидродинамических явлений. Наука, 1966. 688 с.
- Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. Мл: Наука, 1974. 308 с.
- Судник В.А., Зайцев И. О., Протопопов А. А. Математическая модель испарения металлов при сварке плавлением // САПР и экспертные системы в сварке: Сб. научных трудов. Тула: Тульский государственный ун-т, 1995. С. 92−99.
- Пасконов В.М., Полежаев В. И., Чудов Л. А. Численное моделирование процессов тепломассообмена / М.: Наука, 1984. 288 с.
- Винокуров В.А. Сварочные напряжения и деформации. М.: Машиностроение, 1968. 235 с.
- Dausinger F. Strahlwerkzeug Laser: Energieeinkopplung und ProzeBeffektivitat. // Stuttgart: Teubner, 1995. 143 S.
- Fuerschbach P. W. Measurements and prediction of energy transfer efficiency in laser beam welding // Welding Journal, 1996. N. l.P. 24s 34s
- Schauer D.A., Giedt W.H. Shintaku S.M. Electron beam welding cavity temperature distributions in pure metals and alloys // Welding Journal. 1978. No 5. P. 127s- 133s.
- Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов / H.H. Рыкалин, A.A. Углов, И. В. Зуев, Ф. Н. Кокора // М.: Машиностроение, 1985.496 с.
- Мажукин В.И., Углов A.A., Четверушкин Б. Н. Численный аналвд возникновения лазерной искры в плотном газе вблизи металлической поверхности // Физика и химия обработки материалов, 1979. № 6. С. 73 -79.
- Махненко В.И. Расчетные методы исследования кинетики напряжений и деформаций. Киев: Наукова думка, 1979. 53 с.
- Прохоров Н.Никол. Технологическая прочность сварочных швов в процессе кристаллизации. М.: Металлургия, 1979. 248 с.
- Кархин В.А. Программный комплекс WELDDEF для расчета полей температур, напряжений и деформаций при сварке, наплавке, резке, термической обработке и механическом нагружении // САРП и экспертные системы. Тула: ТулГТУ, 1985. С. 51 59.
- Макаров Э.Л., Коновалов A.B. Математические модели и компьютерные программы для расчета показателей свариваемости // САРП и экспертные системы. Тула: ТулГТУ, 1985. С. 43 50.
- Демченко В.Ф. // Дис.. д-ра техн. наук. Киев: Институт электросварки им. Е. О. Патона, 1991. 400 с.
- Судник В.А., Рыбаков A.C. Программное обеспечение для проектирования процессов аргонодуговой сварки на базе модели формирования шва // САРП и экспертные системы. Тула: ТулГТУ, 1985. С. 43 -50.
- Безуглый В.Ю., Беляев Н. М. Численные методы теории конвективного тепломассообмена // Киев-Донецк: Вища школа, 1984. 176 с.
- Goldak, J.- Chakravarti, A.- Bibby, M.: A new finite element model for welding heat sources. Metallurgical Transactions, vol. 15B, June 1984, pp. 299 305.
- Computer modelling of heat flow in welds /J. Goldak, M. Bibby, J. Moore, R. House, B. Patel // Metallurg. Transactions, vol. 17B, Sept. 1986, pp. 587- 600.
- DebRoy T., David S.A. Physical process in fusion welding. Review of modern physics. 1995, No 67. pp. 85 112.
- Radaj D. Heat effects of welding. Temperature field, Residual stress, Distortion. Springer Verlag, 1992. 350 p.
- Radaj D. Schwei? proze?simulation Grundlagen und Anwendungen // DVS-Verlag. Dusseldorf. 1999. 194 S.
- Голубев B.C. Анализ моделей динамики глубокого проплавления материалов лазерным лучом. Препринт ИПЛИТ РАН № 83. 1999. 150 с.
- Анищенко Л.М., Лавренюк С. Ю. Математические основы проектирования высокотемпературных технологических процессов. М.: Наука, 1986. 80 с.
- Судник В.А., Ерофеев В. А. Основы научных исследований и техника эксперимента. Компьютерные методы исследования процессов сварки. Тула: ТулПИ, 1988. 95 с.
- Самарский A.A. Вычислительный эксперимент в задачах технологии. Вестн. АН СССР, 1984, № 3, С. 77−88.
- Radaj D., Sudnik W., Erofeew W. Simulation des Laserstrahlschwei? ens auf dem Computer, Konzept und Realisierung «// Konstruktion, 1996. № 48. C. 367−372.
- Расчет температурных полей в сталеалюминиевом сварном соединении больших толщин / В. Махненко, В. Рябов, В. Кирпатый, Т. Рябчук // 8-е Всесоюз. Совещание по сварке разнород., композиц. и многослойн. материалов. Киев. 1982. С. 74−79.
- Жидкометаллические теплоносители / В. Боришанский, В. Кутателадзе, И. Новиков, О. Федынский. Атомиздат. Москва. 1976.
- Sudnik W.A. 1991 Modell des Laserstrahlpunktschwei? ens und Schwei? technische Software. DVS-Bericht 135 (1991). S. 158−160.
- Судник B.A., Ерофеев B.A., Дикшев H.B. Моделирование формирования нестандартных швов при лазерной сварке. Компьютерные технологии в соединении материалов. Тез. докл. 2-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 1998. с. 60−62.
- Рыбкин A.A. и др. Справочник по математике. Изд. 3-е. М.: Высшая школа, 1975 554 с.
- Sudnik W, Radaj D, Erofeew W 1997 Validation of computerised simulation of welding processes. Numerical Analysis of Weldability. 4rd1. trnational Seminar «Numerical Analysis of Weldability». 21 Sept. -lOkt. Graz-Seggau, Austria.
- Dilthey U., Fuest D., Kropla O. Ein Sensorsystem fur das Laserstrahlschwei? en mit Zusatzdraht // Blech, Rohre, Profil. 1994. № 41 (7/&). C. 454−458.
- Программное обеспечение MAGSIM для анализа, оптимизации и диагностики процесса сварки плавящимся электродом в активном газе тонколистовых соединений / В. А. Судник, A.B. Иванов, O.A. Мокров и др. // Свароч. пр-во, 1995. № 3. С. 19−24.
- Имитация контактной точечной сварки сталей на машинах переменного тока с помощью программного обеспечения SPOTSIM /
- B.А. Судник, В. А. Ерофеев, P.A. Кудинов и др. // Свароч. пр-во, 1998. № 8.1. C. 3−8.
- Ерофеев В.А., Штандаров М. Ю. Компьютерная модель контактной стыковой сварки сопротивлением // Изв. ТулГТУ. САПР и экспертные системы в сварке. Тула, 1995. С. 130−135.
- Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учеб. Пособие для втузов 2-е изд., перераб. И доп. — М.: Высш. шк., 1986. — 304 с.
- Binroth С. Beitrag zur Proze? stabilitat beim C02-Laserstrahlschwei?en von Aluminium mit Zusatzwerkstoff // BIAS-Verlag. Bremen. 1995. 104 S.
- Probleme beim Laserstrahlschwei? en von Aluminium-Legierungen / M. Klassen, E. Schubert, G. Sepold and C. Binroth // Blech Rohre Profile. 1995. № 42 (9). C. 539−543.
- Компьютерная имитация лазерной сварки стыков сложной геометрии из неоднородных материалов / В. А. Судник, В. А. Ерофеев, И. В. Дикшев, Д. Радаи, Е. Шумахер // Компьютер, технологии в соединении материалов: Изв. Тул. гос. ун-та. Тула, 1999. С. 22−42.
- Тихонов А.Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1979. 150 с.