焊接数值模拟中若干问题的探讨开题报告

全文总字数：4603字

1. 研究目的与意义（文献综述）

焊接过程是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学行为的复杂过程。过去只依靠理论研究和实践实验对焊接过程中产生的物理现象难以进行定量的分析来获取正确、科学的认识^[1]。随着计算机技术和计算方法的高速发展，数值模拟技术逐渐成熟，利用数值模拟研究焊接残余变形及应力问题，可仔细研究各种因素对温度场、应力和应变场的作用规律，加深对焊接过程的理解，以选择合理工艺，控制残余应力和变形，从而高效、优质地进行焊接结构的生产，因而具有重要的理论研究和工程应用意义^[2]。然而焊接过程的模拟计算，尤其是对于大型结构焊件，其计算规模和计算量十分庞大，制约了其应用与发展。因此，如何在保证模拟精度的同时大幅提高计算效率成为近些年来国内外的专家主要的研究方向，每一个优化方案的提出都使得焊接数值模拟技术愈发成熟。

焊接数值模拟技术主要应用在焊接接头微观组织分析、焊接温度场分析、焊接应力应变分析以及氢扩散分析等方面^[3]。为提高焊接数值模拟效率，可从简化焊接结构本身、模型的网格单元和节点数以及热源模型选取等方面入手，配合以更高效的计算方式。

大型焊接结构的特点是有着复杂的外形和焊缝，在不影响计算精度的情况下完全可以通过简化外形中不重要的结构来实现模拟效率的提高，甚至可以将三维的模型简化为二维模型，利用相似理论,创建和实际焊接模型相似的小模型，从而大幅度缩短计算时间^[4,5]。有学者通过实验研究发现焊接顺序对焊接结构的残余应力和变形有着不可忽略的影响，焊接顺序的不同会导致数值模拟结果发生变化^[6,7,8]，反之则可通过数值模拟的结果来选择最合适的焊接方式和焊接顺序，节省焊接开发周期，减少成本。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

对焊接过程数值模拟中存在的问题进行分类与总结，理解各种提高数值模拟效率方法的原理。通过查阅文献，总结应用在大型焊接结构中的各种简化方法或新型焊接技术，解释各种方法优化数值模拟技术的原理；运用ansys软件，进行平板对接过程数值模拟，分别对比不同网格划分方式和不同热源模型对模拟数值结果的影响和模拟时间的长短。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：进一步研读文献，确定主要探讨的问题，学习相关软件，初步完成平板对接模型的程序设计和计算。

第8－11周：对比研究不同解决方案下计算时间和计算精度，获得有指导意义的结论。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 金成.焊接过程的数值模拟[m].北京:科学出版社，2017.

[2] 蔡志鹏.大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用[d].北京:清华大学, 2001.

[3] 王中辉,李冬雪.焊接数值模拟技术的发展现状[j].焊管,2010,33(06):28-31