Численно-аналитические модели тепловых процессов при челночной наплавке

• Автор: Слитинская, Софья Константиновна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ

РЕЖИМОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ.

ГЛАВА 2 ЧЕЛНОЧНЫЙ СПОСОБ НАПЛАВКИ КАК ОБЪЕКТ МОДЕЛИРОВАНИЯ.

2.1. Процесс наплавки и способы его осуществления.

2.2. Условия качественной наплавки челночным способом.

2.3. Геометрия и параметры процесса наплавки

2.4. Анализ физических процессов при наплавке.

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЧЕЛНОЧНОЙ НАПЛАВКИ.

3.1. Общие физические уравнения.
3.2. Тепловая задача для пластины в подвижной системе координат
3.3. Приближение термически тонкой пластины.
3.4. Метод Фурье или разделения переменных
3.5. Трехмерный линейный случай.
3.6. Краевые условия для тепловой задачи в конечной области.
3.7. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОАНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕРМИЧЕСКИ ТОНКОЙ ПЛАСТИНЫ.
4.1. Разностные схемы для линейной тепловой задачи
4.2. Каноническая форма сеточного уравнения. Принцип максимума
4.3. Исследование устойчивости разностной схемы.
4.4. Оптимизация параметров разностной схемы
4.5. Выводы по главе.
ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ В ПЛАСТИНЕ КОНЕЧНОЙ ТОЛЩИНЫ.
5.1. Методика расчета температурных полей.
5.2. Задача об оптимизации геометрических параметров копира.
5.3. Настройка моделей по экспериментальным данным
5.4. Результаты расчетов режимов наплавки.
5.5. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


По результатам работы опубликовано 9 научных работ; из них 5 статей, 3 тезиса докладов и зарегистрированная компьютерная программа, причем 2 статьи опубликованы в российских реферируемых журналах, одна в ведущем зарубежном журнале. Структура диссертации и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения с основными выводами, списка литературы из 7 наименований и приложения. Ее содержание изложено на 5 страницах, проиллюстрировано 3 таблицами и рисунками. ГЛАВА 1. Обычно моделирование тепловых режимов исследуемого процесса начинается с анализа его технологии. Рассматриваема в диссертации технология автоматизированной челночной наплавки под флюсом с использованием копира была разработана в Ростовском государственном университете путей сообщения и ранее в полном объеме не применялась. Описание технологии изложено в работах [1-6]. Что касается остальной литературы, то можно говорить лишь о применении относительно близких технологических процессов или отдельных моментов данного процесса. Наиболее близкие по совокупности технологических характеристик процессы исследуются в работах [7-]. В работе В. И. Махненко [7] применяется наплавка колеблющимся электродом, когда источник считается быстро движущимся. В работах . М. Домбровского [9, ] рассматривается задача нагрева сканируемой плазменной дугой. При этом тсп-лофизические характеристики тела, а также форма, закон распределения интенсивности теплового потока источника и ряд других его характеристик (скорость перемещения, длительность функционирования и т. Это в свою очередь вызывает различие в протекании тепловых процессов и влиянии физических эффектов на процесс наплавки. В частности, в условиях работ [9, ] теплоотдача с поверхности пластины не играет заметной роли, и нагрев мощным источником ввиду быстродействия последнего, происходит без существенного оплавления поверхности. Общая технология сварки и наплавки освещается, например, в работах [-]. В этих работах дается теория преобразования энергии, технологические особенности сварочных дуг, теория металлургических процессов при сварке, особенности затвердевания металла сварного шва и целый ряд других аспектов технологии. Как правило, для расчета тепловых полей формулируется соответствующая краевая задача на основе уравнения теплопроводности, в которое входит выражение, характеризующее воздействие источника. Краевые условия (первого, второго или третьего рода) определяются характером теплоотдачи с поверхностей пластины. Поэтому стоит задача, как из физических соображений определить краевые условия, характер источника, а также следует ли учитывать для данного технологического процесса зависимость от температуры входящих в уравнение коэффициентов и влияние скрытой теплоты плавления. Далее целесообразно от обзора технологического аспекта перейти к анализу физических явлений, играющих наибольшую роль в процессе наплавки. Процесс наплавки включает столь большое число различных физических процессов, что учесть их все аккуратно практически невозможно. Непосредственно моделируются те явления, которые вносят наибольший вклад в исследуемый процесс и для которых имеется достаточное число экспериментальных данных. Остальные явления либо не включаются в модель, либо анализируется и оценивается только их влияние на исследуемый процесс. В частности, влияние флюса в литературе рассматривается главным образом с точки зрения химических процессов, предотвращения разбрызгивания металла и формирования более ровной поверхности [, , -]. В то же время фактически отсутствуют экспериментальные данные по влиянию флюса на тепловые процессы. Поэтому непосредственное моделирование флюса при сварке в теории практически не применяется. Оценивается лишь его влияние на физические процессы, причем обычно даже не количественное, а качественное. Физико - химические характеристики различных флюсов приводятся в [, ]. Для решения задачи диссертации необходимо проанализировать явления, оказывающих воздействие на распределение тепловых полей при сварке и наплавке. Наиболее полное изображение факторов, влияющих на тепловые процессы, дано в работах [,,,-].