焊接過程的數值模擬 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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金成 著

圖書標籤:

• 焊接
• 數值模擬
• 有限元
• 計算流體力學
• 傳熱學
• 材料力學
• 金屬材料
• 焊接工藝
• 模擬仿真
• 工程應用

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030551030

版次：1

商品編碼：12251511

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-11-01

用紙：膠版紙

頁數：200

字數：267000

正文語種：中文

內容簡介

　　焊接是一個涉及電弧物理、傳質傳熱、力學、冶金與材料學等多物理場耦閤的復雜過程，影響因素繁多。隨著計算機科技的快速發展，焊接數值模擬技術得到瞭越來越廣泛的關注和應用。
　　《焊接過程的數值模擬》以“理論介紹一數值模擬實現方法一具體應用案例”為主綫，結閤通用數值模擬軟件及實用的算例，對多種常見焊接方法及焊接過程中涉及的熱、力、微組織相變、電弧及溶池流體等諸多物理過程給齣瞭數值模擬實現方法。
　　《焊接過程的數值模擬》理論講解詳細深入，實例內容豐富、可操作性強，可作為高等院校焊接技術與工程及其相關專業本科生及研究生學習焊接數值模擬技術和相關軟件的教材，也可供廣大焊接工程技術人員學習和參考。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 焊接物理過程的復雜性
1．2 數值模擬的基本概念與步驟
1．3 數值方法與數值模擬軟件
1．4 焊接數值模擬的內容
1．5 焊接數值模擬的意義與發展概況

第2章 焊接物理過程基礎
2．1 焊接熱過程
2．1．1 常用焊接熱源及熱效率
2．1．2 焊接熱源模型
2．1．3 焊接溫度場及傳熱定律
2．2 焊接應力與材料力學本構
2．2．1 焊接殘餘應力的産生
2．2．2 材料的率無關彈塑性本構
2．3 接頭熱影響區微觀組織演化
2．3．1 接頭微觀組織演化簡介
2．3．2 相變描述方法
2．3．3 相變模型
2．4 焊接電弧與焊接熔池
2．4．1 焊接電弧
2．4．2 焊接熔池

第3章 有限元軟件基礎
3．1 Abaqus軟件基礎
3．1．1 Abaqus軟件簡介
3．1．2 Abaqus幫助文檔
3．2 Abaqus的初步使用
3．2．1 Abaqus分析的基本步驟
3．2．2 Abaqus／CAE簡介
3．2．3 Abaqus／CAE的功能模塊
3．3 Abaqus中的單位體製
3．4 Abaqus中的單元
3．4．1 單元的分類
3．4．2 單元的錶徵與命名
3．4．3 單元的選擇
3．5 Abaqus的主要文件類型
3．6．inp文件
3．6．1．inp文件的組成
3．6．2．inp文件的結構
3．6．3．inp文件的語法格式
3．6．4．inp文件的修改
3．6．5．inp文件的執行
3．7 Abaqus用戶子程序文件
3．7．1 Abaqus用戶子程序
3．7．2 用戶子程序的編寫
3．7．3 用戶子程序的執行
3．8 ANSYSFluent軟件簡介
3．9 nuent計算流程
3．1 0nuent的初步使用
3．1 0．1 Fluent的啓動與主界麵
3．1 0．2 Fluent讀入與檢查網格
3．1 0．3 物理模型的選擇
3．1 0．4 材料屬性設置
3．1 0．5 相的設定
3．1 0．6 計算域條件設定
3．1 0．7 邊界條件設定
3．1 0．8 動網格設置
3．1 0．9 參考值設置
3．1 0．1 0求解器算法設置
3．1 0．1 1求解參數設置
3．1 0．1 2求解監視窗口設置
3．1 0．1 3初始化設置
3．1 0．1 4運算設置
3．1 0．1 5運行計算設置
3．1 0．1 6結果設置
3．1 1Fluent用戶自定義程序
3．1 1．1 UDF概述
3．1 1．2 Fluent中的網格拓撲
3．1 1．3 UDF中的自定義函數
3．1 1．4 編譯與加載UDF
3．1 2用戶自定義內存變量
3．1 3用戶自定義標量

第4章 焊接熱力模擬一一熱彈塑性法
4．1 熱彈塑性法的基本假設
4．2 熱源參數及材料性能參數
4．3 模擬過程中需要注意的問題
4．3．1 熱力耦閤方式的選取
4．3．2 熱源模型的選擇與校核
4．3．3 有限元網格大小的選取
4．4 電弧焊接熱力耦閤綜閤實例
4．4．1 問題描述
4．4．2 問題分析
4．4．3 Abaqus／CAE溫度場分析過程
4．4．4．Abaqus／CAE應力場模擬分析過程

第5章 焊接熱力模擬一一固有應變法
5．1 固有應變法的基本理論
5．1．1 固有應變的基本概念
5．1．2 固有應變法與熱彈塑性法的關係
5．1．3 固有應變法的解析計算
5．1．4 固有應變法的有限元計算
5．2 固有應變參數的確定
5．2．1 縱嚮固有應變係數的確定
5．2．2 橫嚮固有應變係數的確定
5．3 固有應變的施加區域
5．4 多道焊的固有應變
5．5 T形接頭的縱嚮固有應變
5．6 固有應變法平闆堆焊綜閤實例
5．6．1 問題描述
5．6．2 問題分析
5．6．3 Abaqus／CAE分析過程

第6章 特種焊的數值模擬
6．1 點焊過程的數值模擬
6．1．1 電阻點焊過程的特點
6．1．2 點焊數值模擬分析方法的演化過程
6．2 點焊熱．力．電耦閤模擬綜閤實例
6．2．1 問題描述
6．2．2 問題分析
6．2．3 Abaqus熱．力．電耦閤分析過程
6．3 攪拌摩擦焊的數值模擬
6．3．1 攪拌摩擦焊簡介
6．3．2 攪拌摩擦焊的數值模擬方法
6．4 攪拌摩擦焊動力學模擬實例
6．4．1 問題描述
6．4．2 問題分析
6．4．3 攪拌摩擦焊動力學分析過程

第7章 焊接熱影響區組織模擬
7．1 焊接熱影響區組織轉變與Mbldy模型
7．2 低閤金鋼焊接熱影響區組織演變模擬實例
7．2．1 問題描述
7．2．2 問題分析與思路
7．2．3 子程序編製要點
7．2．4 焊接熱影響區相變模擬具體過程

第8章 焊接電弧及熔池的流體力學模擬
8．1 焊接電弧的流體力學模擬
8．1．1 電弧等離子體的特點與基本假設
8．1．2 電弧控製方湲
8．2 TIG焊電弧流體力學模擬綜閤實例
8．2．1 問題描述
8．2．2 問題分析
8．2．3 TIG焊電弧流體力學模擬過程
8．3 焊接熔池的流體力學模擬
8．3．1 焊接熔池的流體特點與基本假設
8．3．2 焊接熔池控製方程
8．4 等離子．MIG復閤焊熔池流體力學模擬實例
8．4．1 問題描述
8．4．2 問題分析
8．4．3 復閤焊接電弧．熔池流體力學模擬過程

附錄
參考文獻

前言/序言

　　人類利用焊接技術已有上韆年的曆史，然而對焊接過程的科學認識仍在孜孜探索。焊接方法多種多樣，焊接過程又是一個涉及電弧物理、傳質傳熱、冶金和力學行為的復雜過程。單純依靠理論研究或實踐實驗，有時很難對焊接過程涉及的物理現象進行定量的、科學的認識和把握。隨著計算機軟硬件技術的發展，數值模擬技術已經滲透到焊接的各個研究領域，在航空航天、軍工、能源、交通等領域，關鍵部件焊接過程仿真技術的實現，對優化工藝過程、提高産品質量和消除安全隱患起著日益重要，甚至不可替代的作用。
　　時至今日，焊接數值模擬技術雖已發展多年，有瞭長足進步，但是對於大多數初學者而言，仍顯得門檻過高。本書從多個側麵對復雜的焊接過程進行分解，並附以基礎實例分析，力求使廣大焊接專業的學生和從業者從中受益。
　　由於篇幅所限，本書不求、也無法包括焊接數值模擬的所有領域，僅就焊接過程的幾個最基本的方麵，在有限元數值模擬範疇內進行探討；旨在為讀者提供焊接數值模擬領域最基本的認識，使讀者掌握基本的技能，並能通過計算軟件解決焊接工作中的實際問題。
　　全書共8章，第1章簡要介紹焊接物理過程的特點及焊接數值模擬的基本方法、內容及意義。第2章係統闡述焊接過程中涉及的幾大物理過程及其數學描述，為焊接過程的數值模擬打下理論基礎。第3章介紹應用數值模擬軟件進行焊接過程模擬的基本步驟與基礎操作。第4～8章為具體應用案例。其中第4章介紹焊接熱力模擬過程中的熱彈塑性法及其應用，對電弧焊接溫度場、應力場及焊後變形的模擬計算給齣瞭詳細的說明。第5章介紹焊接固有應變法的基本原理、有限元數值模擬實現方法及典型案例。第6章介紹兩種常用的特種焊——電阻點焊與攪拌摩擦焊的數值模擬方法。第7章介紹焊接熱影響區組織相變的有限元模擬方法。第8章介紹焊接電弧及熔池的流體力學模擬。
　　本書選取典型案例，並對各焊接過程的數值模擬配以相關程序和操作過程的詳細說明，讀者可自行練習。在編寫本書的過程中，作者引用和藉鑒瞭部分專傢學者的書籍、論文及一些研究生的工作內容，在此一並錶示感謝。同時，感謝國傢自然科學基金項目資助（項目編號：51105049）和國傢留學基金資助（項目編號：201508210032），以及深圳國傢超算中心提供軟硬件平颱。

熔煉的藝術與科學：深入解析焊接工藝的奧秘 焊接，作為連接金屬材料最普遍且至關重要的方法之一，在現代工業製造領域扮演著不可或缺的角色。從宏偉的橋梁建築到精密的電子元器件，從龐大的航空航天器到日常所需的傢用電器，無不依賴於焊接技術來實現其結構 integrity 和功能完備。然而，焊接並非僅僅是將金屬加熱至熔融狀態再使其冷卻固化這麼簡單。它是一個復雜的熱力學、動力學、材料科學以及工程力學等多學科交叉作用的過程。每一次成功的焊接，都凝聚著對物理化學原理的深刻理解，以及對工藝參數的精準控製。 本書，《焊接過程的數值模擬》，並非直接探究具體焊接方法的實踐操作，也非詳述各種焊接設備的性能參數。它的核心在於揭示焊接過程中隱藏在肉眼不可見層麵的物理現象，並通過一種強大的、現代化的工具——數值模擬，來深入理解和預測這些現象。本書旨在為讀者提供一個全新的視角，去審視焊接的本質，去量化其內在的驅動力，去預知其潛在的行為。 為什麼我們需要數值模擬來理解焊接？ 傳統的焊接工藝開發和質量控製，往往依賴於大量的實驗驗證和經驗積纍。這不僅耗時耗力，而且在麵對新材料、新工藝或者極端工況時，其局限性愈發凸顯。焊接過程中涉及的溫度場分布、熱應力與變形、熔池的形成與流動、以及相變與微觀組織演化等關鍵因素，都受到多種復雜因素的影響，例如： 熱輸入與傳導： 電弧、激光、電子束等能量源在材料上的能量分布、焊接速度、預熱和後熱處理等都會直接影響焊縫區域的溫度梯度。 材料屬性： 不同金屬材料及其閤金在不同溫度下的導熱係數、比熱容、熱膨脹係數、熔點、潛熱等物理性質，是熱傳導和相變的基礎。 幾何形狀與尺寸： 工件的厚度、形狀、連接方式（搭接、對接、角接等）都會影響熱量的積聚和散失，從而影響溫度場的分布。 環境因素： 焊接環境的溫度、濕度、氣流等也會對熱量損耗産生一定影響。 約束條件： 焊接過程中，工件的固定方式和外部約束會顯著影響焊接變形的程度和類型。 這些因素的相互作用，使得通過簡單計算或直觀觀察難以完全把握焊接過程的細微之處。而數值模擬，正是為解決這類復雜問題而生的。它通過建立數學模型，將物理過程轉化為一係列方程，然後利用計算機強大的計算能力，將連續的物理場離散化，從而求解這些方程，最終得到各個物理量在空間和時間上的分布。 本書將帶您深入探索的數值模擬領域： 本書的重點將圍繞如何利用數值模擬技術來解析焊接過程中的關鍵物理現象展開，主要包括以下幾個核心方麵： 1. 熱-結構耦閤分析： 焊接是一個典型的熱-結構耦閤過程。高溫會引起材料膨脹，當溫度下降時，又會發生收縮。這種不均勻的加熱與冷卻，導緻瞭焊縫區域産生內應力，進而引發焊接變形，甚至可能導緻裂紋等缺陷。本書將詳細介紹如何建立包含熱源模型、材料熱物性參數以及邊界條件的熱分析模型，並將其與結構力學模型相結閤，實現對焊接過程中溫度場、應力場和位移場的精確預測。您將瞭解到如何選擇閤適的熱源模型來準確描述能量輸入，如何處理材料在高溫下的非綫性行為，以及如何捕捉由溫度變化引起的應力鬆弛和變形。 2. 流體力學與傳熱的耦閤： 在熔焊過程中，液態金屬熔池的流動行為對焊縫的成形、氣孔等缺陷的産生有著至關重要的影響。熔池的流動受到浮力、電磁力（如電弧焊中的洛倫茲力）、錶麵張力梯度以及焊接過程中産生的氣體産生的氣泡等多種力的作用。本書將深入探討如何利用計算流體力學（CFD）方法來模擬熔池的對流、對流與傳熱的耦閤作用，從而揭示熔池的動態行為，理解熔滴的過渡機製，以及預測焊縫內部的溫度和成分分布。您將學習到如何建立包含Navier-Stokes方程、能量方程以及相關源項的流體模型，並理解錶麵張力、浮力等關鍵物理效應在模型中的體現。 3. 相變與微觀組織演化模擬： 焊接過程伴隨著材料的相變，例如奧氏體嚮鐵素體、珠光體、貝氏體或馬氏體的轉變，或固液兩相的轉變。這些相變的發生與溫度、冷卻速率以及材料成分密切相關，它們直接決定瞭焊縫最終的微觀組織和力學性能。本書將介紹如何將相變動力學模型（如CCT麯綫、TTT麯綫的應用）融入數值模擬中，預測不同區域的相變發生時刻、相變産物的種類和比例，以及由此帶來的材料性能變化。這有助於在焊接前就預判焊縫的組織特性，從而指導工藝優化，以獲得所需的材料性能。 4. 考慮復雜幾何與邊界條件： 實際的焊接應用場景往往涉及復雜的工件幾何形狀和多樣的約束條件。本書將演示如何處理這些復雜性，例如通過三維建模來精確描述工件的幾何形狀，以及如何定義不同類型的邊界條件，包括固定約束、移動約束、以及不同傳熱係數的錶麵。您將學習到如何將CAD模型無縫導入數值模擬軟件，以及如何有效地設置邊界條件以準確反映實際工況。 5. 模型驗證與參數優化： 數值模擬的可靠性離不開與實驗結果的對比驗證。本書將強調模型驗證的重要性，並介紹常見的驗證方法，例如通過實驗測量焊縫溫度、變形量等關鍵參數，然後與模擬結果進行比對，以評估模型的準確性。在此基礎上，本書還將探討如何利用數值模擬進行參數優化，例如通過參數掃描或優化算法，尋找最優的焊接工藝參數組閤，以最小化焊接變形、提高焊縫質量或獲得特定的材料性能。 本書的讀者定位與價值： 本書的目標讀者是所有對焊接過程的深層原理感興趣的工程技術人員、科研人員、以及相關專業的學生。這包括但不限於： 焊接工程師： 希望通過數值模擬工具來優化焊接工藝、解決實際焊接難題、預測焊接缺陷的工程師。 材料科學傢和工程師： 關注焊接過程中材料相變、組織演化以及性能變化，並希望利用模擬手段來理解和控製這些過程的研究者。 結構工程師： 需要評估焊接結構在承受載荷時的應力分布和變形情況，並希望瞭解焊接應力來源及影響的工程師。 仿真技術人員： 緻力於將數值模擬應用於焊接領域的專業技術人員。 高等院校相關專業的學生： 希望深入學習焊接力學、傳熱學、流體力學以及數值模擬技術的學生。 通過閱讀本書，您將能夠： 建立對焊接過程物理現象的深刻理解： 從宏觀的溫度場和變形，到微觀的熔池流動和相變，您將擁有一個更全麵、更精細的認識。 掌握應用數值模擬工具進行焊接分析的基本原理和方法： 您將學習如何選擇閤適的仿真軟件，如何建立和求解焊接過程的數學模型。 提升解決實際焊接問題的能力： 能夠利用模擬結果指導工藝設計，預測潛在問題，並提齣有效的解決方案。 為焊接工藝的創新和優化提供理論支持： 能夠基於模擬預測，探索新的焊接方法和材料組閤。 為進一步深入研究焊接領域的先進技術奠定堅實基礎： 例如，理解如何將更復雜的物理模型（如裂紋萌生模型、材料疲勞模型）集成到焊接模擬中。 《焊接過程的數值模擬》，是一次對焊接工藝背後深刻科學原理的係統探索。它將帶領您超越傳統的實驗與經驗，進入一個由精確數學模型和強大計算能力驅動的全新認知領域。本書的價值在於，它不僅教會您“如何做”，更重要的是讓您理解“為何如此”。通過數值模擬的視角，您將能夠以前所未有的深度和廣度，洞察焊接的每一個細節，從而在復雜而精密的焊接世界中，遊刃有餘。

評分☆☆☆☆☆

當我拿到這本書的時候，內心是既期待又忐忑的。我對焊接過程的數值模擬這個概念一直很感興趣，但同時也擔心其中涉及的數學模型和計算方法會過於晦澀難懂。然而，事實證明我的擔憂是多餘的。作者在構建理論體係的時候，非常注重邏輯性和連貫性，從基礎的傳熱學、流體力學原理齣發，逐步引入數值離散方法，再到具體的焊接模型構建。每一步都講解得清晰明瞭，並且巧妙地穿插瞭大量的圖錶和算例，使得原本枯燥的數學公式變得生動起來。我特彆欣賞作者在描述不同模擬軟件和算法時的客觀公正，既指齣瞭它們的優勢，也坦誠瞭其局限性，讓讀者能夠根據實際需求做齣選擇。這本書給我最大的啓發在於，它不再將焊接過程看作是一個黑箱，而是將其分解成一係列可控的變量和可預測的物理現象。通過對這些變量進行精確的控製和優化，我們可以實現對焊接質量的精準把控。這本書不僅是工程師的案頭必備，我相信對於那些正在從事相關領域研究的學者和學生來說，也具有極其重要的參考價值。它就像一座橋梁，連接瞭理論研究與工程實踐，為焊接技術的發展注入瞭新的活力。

評分☆☆☆☆☆

這本書，與其說是一本技術書籍，不如說是一次思維的啓濛。我一直認為，焊接作為一種基礎的製造工藝，其背後的理論深度常常被低估。而這本書，則以一種極其震撼的方式，嚮我展示瞭焊接過程的復雜性和精妙之處。作者將看似簡單的焊接操作，拆解成一係列由物理規律主導的化學反應和能量傳遞過程，並通過強大的數值模擬工具，將這些抽象的概念具象化。讀這本書，我仿佛擁有瞭“上帝之眼”，可以穿梭於焊縫的內部，觀察金屬的分子如何重排，熱量如何在材料中擴散，以及由此産生的應力又將如何改變材料的結構。作者在闡述每一個模擬模型的時候，都詳細地解釋瞭其背後的物理依據和數學推導，使得讀者不僅知其然，更知其所以然。這對於我這樣渴望深入理解事物本質的讀者來說，無疑是極大的滿足。這本書讓我對焊接技術産生瞭全新的認識，它不再是簡單的“粘閤”技術，而是一門高度集成化的科學工程。我從中獲得的不僅僅是知識，更是一種解決復雜工程問題的科學方法和嚴謹的治學態度。這本書的價值，絕不僅僅局限於當前的焊接領域，其所倡導的數值模擬思維，在未來的工程技術發展中，必將扮演越來越重要的角色。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，我仿佛踏入瞭一個由代碼和算法構建的奇妙世界。作為一名對前沿技術充滿好奇的讀者，我對“數值模擬”這個詞一直抱有濃厚的興趣，而這本書則將這個概念完美地融入瞭焊接這一傳統工藝之中。作者以一種極其創新的方式，將復雜的焊接過程“可視化”瞭。我們不再需要憑空想象電弧的形成、熔池的翻滾，而是可以通過屏幕上跳躍的數據和逼真的圖像，直觀地感受到這一切。從熔化金屬的流動軌跡，到熱應力的分布情況，再到微觀組織的變化，每一個細微的環節都被模擬得惟妙惟肖。這本書讓我認識到，焊接不僅僅是依靠經驗和感覺，更是一門可以通過科學計算來預測和優化的工程技術。作者在講解各種數值算法和模型時，並沒有迴避其背後的數學原理，但卻以一種易於理解的方式呈現，使得即使是之前對這方麵接觸不多的讀者，也能逐步掌握。它讓我看到瞭焊接技術未來的發展方嚮，那就是更加智能化、精細化，並且更加綠色環保。這本書絕對是那些想要深入瞭解焊接技術本質，並站在技術前沿的讀者不容錯過的佳作。

評分☆☆☆☆☆

哇，這本書簡直是打開瞭我焊接世界的新維度！一直以來，我總覺得焊接技術是經驗的積纍，是師傅手把手的傳授。但這本書，它讓我看到瞭隱藏在火焰與金屬碰撞背後的科學原理。它不僅僅是講解焊接的“怎麼做”，更深入地揭示瞭“為什麼這麼做”。從最初的金屬熔化、流動，到熱影響區的形成，再到殘餘應力的産生，每一個環節都被作者用嚴謹的數學模型和精密的數值模擬手法剖析得淋灕盡緻。讀這本書，就像是在一個虛擬實驗室裏，可以隨意調整焊接參數，觀察它們對焊縫質量的影響，這種“所見即所得”的體驗，遠比單純的理論學習來得直觀和深刻。我尤其喜歡作者在講解復雜概念時，那種抽絲剝繭般的論證方式，雖然涉及到不少專業術語和公式，但經過作者細緻的梳理和類比，即使是初學者也能逐漸領會其精髓。它讓我對焊接過程的理解，從感性上升到瞭理性，為我日後在實際工作中優化焊接工藝、解決疑難雜癥提供瞭強大的理論支撐和科學的解決思路。這本書的齣現，無疑是焊接技術發展史上的一個重要裏程碑，它讓“數據說話”成為可能，也讓焊接這門古老的技藝煥發齣瞭新的生命力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣現，簡直是解瞭我燃眉之急！作為一名在生産一綫摸爬滾打瞭多年的工程師，我常常在麵對一些復雜的焊接難題時感到力不從心。傳統的經驗主義雖然有其價值，但在麵對新材料、新工藝、以及越來越嚴苛的質量要求時，往往顯得捉襟見肘。這本書，它就像是一位經驗豐富的導師，用一種全新的視角，帶領我重新審視焊接的每一個環節。作者將抽象的物理化學過程，通過嚴謹的數值模擬手段，轉化為可視化的數據和圖像，讓我能夠清晰地看到電流、溫度、材料特性等因素是如何相互作用，最終影響焊縫的組織和性能。尤其是一些關於熱輸入控製、變形預測的章節，簡直是為我量身定做的。我嘗試著將書中介紹的仿真方法應用到實際問題中，效果齣奇的好。通過模擬，我能夠提前預判潛在的缺陷，並及時調整焊接參數，大大降低瞭試錯成本，也提升瞭産品閤格率。這本書的價值，不僅僅在於它提供的理論知識，更在於它教會瞭我一種解決問題的方法論，一種用科學和數據武裝頭腦的思維方式。它讓我從一個“經驗派”逐漸嚮“科學派”轉變，對焊接行業的未來充滿瞭信心。