弧焊物理过程建模与数值分析

目录
序一
序二
前言
第1章 传热传质的基础理论 1
1.1 基本物理量定义 1
1.1.1 张量和场 1
1.1.2 通量 3
1.1.3 梯度、散度和旋度 4
1.1.4 高斯公式 8
1.1.5 斯托克斯公式 10
1.2 连续性方程 11
1.3 热传导方程 13
1.3.1 傅里叶导热定律 13
1.3.2 微分形式的导热方程 15
1.3.3 扩散方程 20
1.3.4 热对流与热辐射 24
1.4 N-S方程 26
1.4.1 表面力和体积力 26
1.4.2 自定义方程 30
1.5 麦克斯韦方程组 33
1.5.1 高斯电场定律 34
1.5.2 高斯磁场定律 35
1.5.3 法拉第定律 37
1.5.4 安培–麦克斯韦定律 39
1.5.5 电磁场的标势与矢势 41
1.6 边界条件 45
1.7 偏微分方程求解方法 46
1.7.1 偏微分方程差分方法 46
1.7.2 偏微分方程有限元法 49
1.7.3 偏微分有限体积法 53
参考文献 55
第2章 TIG焊电弧数值分析 57
2.1 电弧数值分析的发展趋势 57
2.2 TIG焊电弧传热传质数值分析 59
2.3 TIG电弧的全耦合数值分析 73
2.3.1 几何模型及边界条件 73
2.3.2 网格划分 74
2.3.3 模拟参数的选择 75
2.3.4 TIG电弧的计算结果 76
2.4 双TIG电弧的全耦合数值分析 78
2.4.1 模型的数学描述 78
2.4.2 双TIG电弧的计算结果与分析 79
2.4.3 不同钨极间距条件下的计算结果与分析 83
2.4.4 不对称电流条件下的计算结果与分析 86
参考文献 90
第3章 活性TIG焊接过程建模分析 92
3.1 A-TIG焊耦合电弧特性研究 92
3.1.1 A-TIG焊的研究发展现状 92
3.1.2 实验与数学建模 96
3.1.3 几何模型与边界条件 97
3.2 活性元素不均匀分布下的熔池数值分析 102
3.2.1 活性TIG焊熔池模型 102
3.2.2 Ar-3.4％O2混合气体模拟结果与分析 107
3.2.3 Ar-15.4％O2混合气体模拟结果与分析 112
参考文献 114
第4章 AA-TIG焊接过程建模分析 116
4.1 AA-TIG焊耦合电弧与熔池行为研究 116
4.1.1 AA-TIG焊简介 116
4.1.2 耦合电弧行为的数值模拟研究 117
4.1.3 求解结果与讨论 122
4.2 分离电弧AA-TIG焊熔池流动与传热 155
参考文献 162
第5章 外加磁场与金属蒸气作用下焊接电弧行为数值模拟研究 164
5.1 外加磁场下弧焊研究与发展 164
5.1.1 磁控焊接电弧行为 164
5.1.2 磁控熔滴过渡行为 167
5.2 外加磁场对GTAW焊影响的数值模拟 170
5.2.1 数学建模 170
5.2.2 几何模型与边界条件 172
5.2.3 计算结果与分析 176
5.3 外加磁场对GMAW焊影响的数值模拟 184
5.3.1 控制方程的修正 184
5.3.2 几何模型与边界条件 185
5.3.3 计算结果与分析 187
5.4 考虑金属蒸气的TIG焊电弧数值模拟 193
5.4.1 数学建模 193
5.4.2 几何模型与边界条件 194
5.4.3 数值处理 197
5.4.4 计算结果与分析 198
参考文献 201
第6章 焊丝熔化及熔滴过渡的数值模拟 203
6.1 焊丝熔化及熔滴过渡研究与发展 203
6.1.1 熔滴过渡的分类 203
6.1.2 熔滴过渡实验研究方法 204
6.1.3 有关熔滴过渡的研究理论 206
6.1.4 电弧–熔滴耦合行为数值模拟研究现状 207
6.2 大电流GMAW熔滴过渡行为数值模拟研究 211
6.2.1 数学物理模型 211
6.2.2 计算结果 214
6.2.3 实验结果 225
6.3 外加磁场对GMAW熔滴过渡作用的数值模拟 227
6.3.1 数学建模 227
6.3.2 外加磁场对熔滴滴状过渡的影响 230
6.3.3 外加磁场对熔滴旋转射流过渡的影响 240
参考文献 253
第7章 焊接过程中熔池行为 255
7.1 弧焊过程熔池行为的研究现状 255
7.1.1 熔池行为的研究现状 255
7.1.2 熔池表面行为的研究现状 256
7.1.3 熔池振荡的研究现状 258
7.1.4 熔池中金属蒸气的研究现状 259
7.2 移动热源下不同驱动力对熔池行为的影响 261
7.2.1 纯导热时的熔池温度场 262
7.2.2 熔池受力行为 263
7.3 旁路耦合微束等离子弧单滴堆垛流场分析 269
7.3.1 单滴堆垛过程中的流场特点 269
7.3.2 旁路电流对熔池流场及其形貌的影响 275
7.3.3 冷却时间对固化形貌的影响 275
7.4 电弧辅助激光焊铝/钢对接焊润湿铺展研究 279
7.4.1 实验与数学建模 279
7.4.2 接头润湿铺展行为 286
7.4.3 焊接参数对润湿铺展的影响 289
参考文献 297
第8章 熔池与表面行为 299
8.1 基于示踪粒子的摆动TIG填丝焊熔池行为的数值分析 299
8.1.1 实验与数学建模 299
8.1.2 数值分析方法 303
8.1.3 温度场与流场的对比分析 303
8.2 GTAW熔池自由表面的瞬态行为 305
8.2.1 实验与数学模型 305
8.2.2 GTAW熔池熔透过程的特性研究 309
8.2.3 熔透过程的数值分析 314
8.3 熔池表面建模仿真及结果 320
参考文献 328
第9章 焊缝形貌数值模拟及分析 330
9.1 旁路耦合微束等离子弧焊熔池流动分析 330
9.1.1 旁路耦合微束等离子弧焊熔池模型 330
9.1.2 旁路耦合微束等离子弧焊焊缝尺寸研究 338
9.1.3 熔池中的流动模式 339
9.2 TIG焊驼峰焊道形成机制的研究 343
9.2.1 驼峰焊道模型建立 344
9.2.2 数值结果与分析 347
9.3 不同条件下熔池的数值模拟 354
9.3.1 相同电流不同焊接速度下的TIG焊数值模拟 354
9.3.2 相同焊接速度不同电流下的TIG焊数值模拟 358
参考文献 360