ТРИВИМІРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ ПІД ЧАС ТЕРМІЧНОГО ЦИКЛУ ЗВАРЮВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2022-5-1-2Ключові слова:
метод скінченних елементів, математичне моделювання, теплові поля, зварюванняАнотація
У даній роботі досліджується скінченно-елементне моделювання термічного циклу зварювання. Метод скінченних елементів (МСЕ) є домінуючим методом дискретизації в будівельній механіці. Моделювання МСЕ сьогодні корисне для прогнозування таких речей, як форма зварювальної ванни для різних комбінацій параметрів процесу на основі графіків розподілу температури. Однією з важливих проблем техніки зварювання є побудова математичної моделі для комп’ютерного моделювання процесу зварювання. У процесі зварювання за рахунок надходження тепла до матеріалу відбувається передача тепла всередину заготовки і теплообмін із зовнішнім середовищем. Чисельному моделюванню теплових виробничих процесів надають перевагу перед аналітичними методами моделювання в технології зварювання. Фактично, оскільки зварювальна дуга взаємодіє з поверхнею заготовки під час її проходження, досягається дуже швидка серія циклів нагрівання та охолодження. Тому важко прийняти техніку аналітичної моделі для дослідження процесу. Натомість чисельні моделі придатні для оцінки термічних циклів та їх зв’язку з параметрами процесу. Зварювання проводилося в різних режимах для аналізу та прогнозування геометрії, форми шва та глибини проплавлення шва. Для розрахунку теплових умов, що супроводжують процес плавлення поверхні металу, використано математичну модель, яка базується на диференціальному рівнянні теплопровідності в тривимірній декартовій системі координат. У цій роботі представлено моделювання теплового поля під час процесу TIG зварювання з’єднання титанового сплаву ВТ23. Термічний аналіз зосереджений на прогнозуванні теплопередачі у зварному шві. Розподілене об’ємне джерело тепла підтверджено на основі порівняння з поперечним перерізом експериментального зразка. Прогнозовано розподіл температури в зварному виробі загалом, форму та розмір зони проплавлення, зони теплового впливу, максимальні швидкості охолодження в різних частинах ЗТВ. Базуючись на досить задовільних результатах, ця робота показує, що моделювання FE може забезпечити швидшу, менш дорогу та більш оптимізовану розробку продукту, а також перевірити продуктивність продукту, що було б неможливо навіть за допомогою дуже детальних прототипів.
Посилання
Adanowicz V.J., Dziegielewski S. Prufung und analyse geklebter verbindungen an mobeln. Holztech-nologie. 1976. 17(2). P. 97-100.
Argyris J.H. Energy theorems and structural analysis. Aircraft Engineering. 1955. 27: Feb.-May.
Axelsson O. Iterative Solution Methods. 1994. Cambridge University Press, Cambridge.
Donea J., Huerta A. Finite Element Methods for Flow Problems. 2003. Wiley, Chichester.
Hughes T., Mallet M. A new finite element formulation for computational fluid dynamics: IV. A discontinuity-capturing operator for multidimensional advective-diffusion systems. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 1986. 58(3). P. 329-336.
American Welding Society, Weisman C. & Kearns W.H. Welding handbook. 1976. Miami, Fl: American Welding Society.
Ranatowski E. Review of welding. 2002. 8-10. P. 152-155.
Arc welding: an overview. Welding Processes Handbook (Second edition). A volume in Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies. 2012. P. 31-50.
Vural M. Welding Processes and Technologies. Comprehensive Materials Processing, edited by Saleem Hashmi, Gilmar Ferreira Batalha, Chester J. Van Tyne and Bekir Yilbas, Elsevier, Oxford. 2014. P. 3-48.
Weman K. 1 - Arc welding – an overview. Welding Processes Handbook, Woodhead Publishing. 2003. P. 1-25.
Olabi A.G., Lorza R.L. and Benyounis K.Y. Quality Control in Welding Process. Comprehensive Materials Processing, edited by Saleem Hashmi, Gilmar Ferreira Batalha, Chester J. Van Tyne and Bekir Yilbas, Elsevier, Oxford. 2014. P. 193-212.
Ахонин С.В. и др. Математическое моделирование структурных превращений в ЗТВ титанового сплава ВТ23 при сварке ТИГ. Автоматическая сварка. 2013. 3. С. 26-29.
Guimaraes P.B. Et al. Obtaining Temperature Fields as a Function of Efficiency in TIG Welding by Numerical Modeling. Thermal Engineering. 2011. 10. P. 50-54.
