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第1章 绪论 1

1.1焊接物理过程的复杂性 1

1.2数值模拟的基本概念与步骤 3

1.3数值方法与数值模拟软件 4

1.4焊接数值模拟的内容 5

1.5焊接数值模拟的意义与发展概况 6

第2章 焊接物理过程基础 8

2.1焊接热过程 8

2.1.1常用焊接热源及热效率 9

2.1.2焊接热源模型 11

2.1.3焊接温度场及传热定律 16

2.2焊接应力与材料力学本构 18

2.2.1焊接残余应力的产生 18

2.2.2材料的率无关弹塑性本构 19

2.3接头热影响区微观组织演化 22

2.3.1接头微观组织演化简介 22

2.3.2相变描述方法 25

2.3.3相变模型 26

2.4焊接电弧与焊接熔池 30

2.4.1焊接电弧 30

2.4.2焊接熔池 34

第3章 有限元软件基础 37

3.1 Abaqus软件基础 37

3.1.1 Abaqus软件简介 37

3.1.2 Abaqus帮助文档 38

3.2 Abaqus的初步使用 39

3.2.1 Abaqus分析的基本步骤 39

3.2.2 Abaqus/CAE简介 40

3.2.3 Abaqus/CAE的功能模块 41

3.3 Abaqus中的单位体制 46

3.4 Abaqus中的单元 46

3.4.1单元的分类 46

3.4.2单元的表征与命名 47

3.4.3单元的选择 48

3.5 Abaqus的主要文件类型 49

3.6.inp文件 50

3.6.1.inp文件的组成 50

3.6.2.inp文件的结构 50

3.6.3.inp文件的语法格式 50

3.6.4.inp文件的修改 52

3.6.5.inp文件的执行 52

3.7 Abaqus用户子程序文件 53

3.7.1 Abaqus用户子程序 53

3.7.2用户子程序的编写 54

3.7.3用户子程序的执行 56

3.8 ANSYS Fluent软件简介 56

3.9 Fluent计算流程 56

3.10 Fluent的初步使用 57

3.10.1 Fluent的启动与主界面 57

3.10.2 Fluent读入与检查网格 59

3.10.3物理模型的选择 59

3.10.4材料属性设置 59

3.10.5相的设定 60

3.10.6计算域条件设定 60

3.10.7边界条件设定 60

3.10.8 动网格设置 61

3.10.9参考值设置 61

3.10.10求解器算法设置 61

3.10.11求解参数设置 62

3.10.12求解监视窗口设置 63

3.10.13初始化设置 63

3.10.14运算设置 63

3.10.15 运行计算设置 64

3.10.16结果设置 64

3.11 Fluent用户自定义程序 64

3.11.1 UDF概述 64

3.11.2 Fluent中的网格拓扑 65

3.11.3 UDF中的自定义函数 65

3.11.4编译与加载UDF 67

3.12用户自定义内存变量 69

3.13用户自定义标量 69

第4章 焊接热力模拟——热弹塑性法 72

4.1热弹塑性法的基本假设 72

4.2热源参数及材料性能参数 72

4.3模拟过程中需要注意的问题 73

4.3.1热力耦合方式的选取 73

4.3.2热源模型的选择与校核 73

4.3.3有限元网格大小的选取 76

4.4电弧焊接热力耦合综合实例 78

4.4.1问题描述 78

4.4.2问题分析 78

4.4.3 Abaqus/CAE温度场分析过程 79

4.4.4 Abaqus/CAE应力场模拟分析过程 89

第5章 焊接热力模拟——固有应变法 101

5.1固有应变法的基本理论 102

5.1.1固有应变的基本概念 102

5.1.2固有应变法与热弹塑性法的关系 103

5.1.3固有应变法的解析计算 104

5.1.4固有应变法的有限元计算 105

5.2固有应变参数的确定 106

5.2.1纵向固有应变系数的确定 107

5.2.2横向固有应变系数的确定 111

5.3固有应变的施加区域 111

5.4多道焊的固有应变 113

5.5 T形接头的纵向固有应变 114

5.6固有应变法平板堆焊综合实例 115

5.6.1问题描述 115

5.6.2问题分析 115

5.6.3 Abaqus/CAE分析过程 117

第6章 特种焊的数值模拟 125

6.1点焊过程的数值模拟 125

6.1.1电阻点焊过程的特点 125

6.1.2点焊数值模拟分析方法的演化过程 126

6.2点焊热-力-电耦合模拟综合实例 127

6.2.1问题描述 127

6.2.2问题分析 128

6.2.3 Abaqus热-力-电耦合分析过程 129

6.3搅拌摩擦焊的数值模拟 140

6.3.1搅拌摩擦焊简介 140

6.3.2搅拌摩擦焊的数值模拟方法 141

6.4搅拌摩擦焊动力学模拟实例 145

6.4.1问题描述 145

6.4.2问题分析 146

6.4.3搅拌摩擦焊动力学分析过程 146

第7章 焊接热影响区组织模拟 154

7.1焊接热影响区组织转变与Kirkaldy模型 154

7.2低合金钢焊接热影响区组织演变模拟实例 158

7.2.1问题描述 158

7.2.2问题分析与思路 159

7.2.3子程序编制要点 159

7.2.4焊接热影响区相变模拟具体过程 161

第8章 焊接电弧及熔池的流体力学模拟 167

8.1焊接电弧的流体力学模拟 167

8.1.1电弧等离子体的特点与基本假设 167

8.1.2电弧控制方程 168

8.2 TIG焊电弧流体力学模拟综合实例 170

8.2.1问题描述 170

8.2.2问题分析 170

8.2.3 TIG焊电弧流体力学模拟过程 171

8.3焊接熔池的流体力学模拟 182

8.3.1焊接熔池的流体特点与基本假设 182

8.3.2焊接熔池控制方程 183

8.4等离子-MIG复合焊熔池流体力学模拟实例 184

8.4.1问题描述 184

8.4.2问题分析 185

8.4.3复合焊接电弧-熔池流体力学模拟过程 186

附录 197

参考文献 198