厚板带极埋弧堆焊温度场的有限元模拟_王志锋
厚板带极埋弧堆焊温度场的有限元模拟
王志锋1, 陈佩寅1, 吴 伟1, 陈 燕1, 陈建民2, 鲍 洪2
(1.机械科学研究院哈尔滨焊接研究所,哈尔滨 150080;
2.中国第一重型机械集团公司,黑龙江齐齐哈尔 161042)
摘 要:由带极埋弧堆焊原理及Goldak热源模型理论设计了带极埋弧堆焊有限元热源
模型,基于有限元软件MSC.MARC平台,编写FORTRAN子程序来实现移动热源的加
载,并采用了MARC软件对厚板带极埋弧堆焊温度场进行了数值模拟,同时对焊缝形貌
及试验测得的热循环曲线进行验证,得到了与试验结果较吻合的温度场计算结果.结
果表明,提出的热源模型适合带极埋弧堆焊过程数值模拟.
关键词:带极埋弧堆焊;热源模型;温度场;热循环曲线
中图分类号:TG445 文献标识码:A 文章编号:0253-360X(2009)01-0089-04王志锋
0 序 言
近年来,随着石化工业向大型化、高参数、规模化发展,加氢设备的制造要求越来越高,对主要设备的耐蚀性要求也在逐渐提高.在加氢设备耐蚀层堆焊过程中,主要采用高效率的带极堆焊技术.
带极埋弧堆焊是在焊接部位前后都撒布焊剂,依靠电弧热熔化焊剂.堆焊速度快,合金元素烧损多,应用于单层堆焊时要求焊材合金成分高[1].
焊接温度场的准确计算是焊接冶金分析、焊接应力和变形分析以及焊接质量控制的前提,由于焊接过程中,随着热源的移动,整个焊件的温度均随时间和空间的变化而变化;材料的热物理性能参数随温度变化,以及焊接过程中存在熔化潜热和相变.因此,焊接温度场的问题是典型的非线性瞬态热传导问题.长期以来,焊接温度场的模拟一直停留在二维水平,虽然近年来,随着计算机和有限元技术的发展,对焊接温度场的三维模拟有过很多研究,但大多停留在基础性研究阶段.这主要有以下几方面的原因:(1)热源的精确处理很困难;(2)缺乏高温时的热物理性能参数;(3)三维模拟自由度数目庞大,导致计算时间过长.
通过借助于大型通用的有限元软件MARC,基于带极埋弧堆焊原理及Goldak热源模型理论设计了带极埋弧堆焊的有限元热源模型,并通过FOR-TR AN子程序来实现移动热源的加载,对厚板带极埋弧堆焊的温度场进行了模拟,并采用过渡网格划分技术,大大减小了节点数、缩短了计算时间,并对于高温热物理性能参数进行了测量.
1 计算模型
1.1 数学模型
焊接温度场满足非线性瞬态热传导微分方程
cρ
T
t
=
x
λx
T
x
+
y
λy
T
y
+
z
λz
T
z
+Q 式中:λx,λy,λz分别为材料沿x,y,z方向的热传导系数;ρ为材料密度;c为材料比热容;Q为内热源; T为当前温度值;t为时间.这些参数中λx,λy,λz,ρ,c都随时间变化.
焊接温度场的计算通常用到以下两类边界条件:
(1)已知边界上的热密度分布
k x
T
x n x+k y
T
y n y+k z
T
z n z=q
(2)已知边界上物体与周围介质间的热交换
k x
T
x n x+k y
T
y n y+k z
T
z n z=h(T a-T)
式中:q为单位面积上的外部输入热源;h为表面换热系数;T a为周围介质温度;n x,n y,n z为边界外法线的方向余弦.
1.2 物理模型
模拟试件材料采用A508Ⅲ钢作为焊接母材,尺寸为310mm×180mm×50mm,焊带为ER309L,宽60mm,焊剂为HT15B,焊缝余高为4mm.实际模
第30卷第1期2009年1月
焊 接 学 报
TR ANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.30 No.1
Januar y 2009
收稿日期:2008-06-11
型如图1所示
.
图1 几何模型Fig .1 Geom etric model
1.2.1 模型假设
(1)材料为各向同性;
(2)忽略电弧对焊件的辐射;(3)忽略熔池流体的流动作用.1.2.2 定义材料属性
定义材料属性时,给定A508Ⅲ钢和ER309L 各热物理性能参数随时间的变化值,900℃以下的性能采用实测数据,并对未知温度范围内的热物理性能参数进行插值,如图2所示.忽略相变潜热和熔化潜热
.
图2 材料热物理性能参数
Fig .2 Thermophysical param eters of m aterial
1.2.3 建立有限元模型
应用的模拟软件为MSC .Marc ,焊缝及近缝区网
格划分较密,而远离焊缝的母材边缘网格较疏,节点总数为13756,单元总数为11684,有限元网格如图3所示.
图3 网格模型Fig .3 Mesh of m odel
1.2.4 焊接热源的处理和施加
目前描述焊接热源的模型大致有四种,常用的主要有高斯热源模型和双椭球热源模型,但是对于60mm 宽带极堆焊都不适用.带极埋弧堆焊焊接热相对集中,焊接热输入大,母材稀释率高,约为15%～20%,每层堆焊层厚度一般为4mm ,但不超过5mm
[2]
.基于Goldak 提出的双椭球热源模型对一般
的试验都适用,文中带极埋弧堆焊的热源模型饲通
过对基于双椭球热源模型进行推导的新型的热源模型,设想带极堆焊热源模型由双椭球热源模型沿横向拉伸而形成,命名为带状双椭球热源模型,如图4所示.
图4 带状双椭球型热源模型Fig .4 Zonal double ellipsoid heat model
其前半部热源推导过程为
f 1Q =f 1ηUI =2
∫∞0∫∞0∫
∞
q (0)e
-Ax
2
e
-By
2
e
-Cz
2
d x d y d z
+2
∫L 2-L 2∫∞0∫
∞
q (0)e -By 2
e
-C z 2
d x d y d z
式中:f 1为前半部分热流密度分布系数;Q 为热源
总功率,Q =ηI U ;U 为电弧电压;I 为焊接电流;η为焊接热效率.
90
焊 接 学 报第30卷
由上式解得
f1Q=q(0)π
4BC π
A
+L
其中:q(0)=4f1Q A BC
π(π+L A)
依据GOLDAK焊接热源理论[3]取
A=3
a2;B=
3
b2
;C=
3
c2
解得q(0)=123f1Q
bcπ(aπ+3L)
利用FORTRAN语言编写子程序,实现热源的加载及热源的移动.堆焊层金属的施加也是通过FORTRAN语言编写子程序实现的.
1.2.5 边界条件的处理
除了电弧所在的面加载热流密度外,其它的表面为对流换热表面,由于母材表面覆盖焊剂,考虑其对散热的影响,适当的调节散热系数,初始温度设定为室温20℃.
2 模拟计算
利用MARC软件强大的热分析功能,按上述的有限元模型进行了温度场的三维动态数值模拟,在模拟计算时,采用以下的焊接参数:焊接热效率η= 0.9;电弧电压U=29V;焊接电流I=950A;焊接速度为2.5mm s,整个焊接过程共用120s完成,每0.5s为一个时间步长,并以此时间步长来计算电弧中心移动的步距.
3 计算结果及分析
为了验证计算结果的准确性,应用热电偶进行了热循环曲线的温度测定.温度场测量试验采用镍铬镍硅K型热电偶,在焊件与焊道垂直的中截面距离35mm和45m m取两个点进行温度的测量.测量点排布如图5所示.其中D1距离焊道中心35 mm,D2距离焊道中心45mm.
利用模型计算的热循环曲线和实际测量的热循环曲线见图6.焊接热源到达测试截面之前,温度变化不大,随着热源的接近温度快速升高,之后焊接热源远离该截面,温度较快地下降,但不及升温时迅速,焊接后随着冷却的进行,温度变化趋于平缓.
与实测结果对比得到,由模型计算得到的热循环曲线的变化趋势与实测曲线的变化趋势基本一致,模拟D1最高温度为571.489℃,D
2最高温度为2
23.196℃,实测D1最高温度为571.270℃,D2最
图5 热电偶测温点示意图
Fig.5 Therm ocouple temperature probe point
图6 模拟与实测焊接热循环曲线对比Fig.6 Sim ulated and measured welding thermal cycle
高温度为224.04℃.为了清晰的描述模拟和实测温度曲线的误差,此处对D1降温段的模拟和实测的温度进行对比,取最高温度时刻为初始时间0,取间隔时间段的温度值及误差如表1所示.可以看出,在降温过程中,最大误差为5.42%,在86s以后误差有逐渐减低的趋势,但幅度不大.此时为整个焊接结束进入降温的时刻.在准确计算温度场的基础上,为了更明确地得到厚板带极埋弧堆焊温度场的特点,有必要对其温度场进行分析.
表1 模拟与实测温度对比
Table1 Tem perature of simulated and measured 时间
t s
D1模拟温度
T模℃
D1实测温度
T实℃
差值
T℃
误差(%) 0571.489571.2700.2190.38
6559.339543.75015.5892.79
26475.182449.44025.7425.42
46407.952386.47521.4775.26
66358.519340.27518.2445.09
86322.163304.87517.2885.37
106295.450279.63515.8155.35
126275.740261.65514.0855.11
146261.033249.17511.8584.54
166249.868239.52010.3484.14
图7是焊接过程的温度场,焊接时是用60mm 宽的焊带进行焊接,其热源覆盖面积大,焊接效率比
第1期王志锋,等:厚板带极埋弧堆焊温度场的有限元模拟91
常规的焊接方法要高.可以看出与一般的焊接热源不同,带极埋弧堆焊的热源类似长方形,前沿为直线形状.而平常所常用的高斯和双椭球热源为椭球形状,且前沿为弧状.图8是模拟与实测熔深宽对比
.
图7 焊接过程温度场Fig .7 Welding temperature
field
图8 模拟与实测熔深宽对比
Fig .8 Com parison of simulated and measured weld penetra -tion and width
图7d 是冷却500s 时温度场的模拟结果.可以看出,当焊缝冷却到一定时候,在沿焊缝的方向上,温度在厚板的两个端部(引弧端和熄弧端)比中部的
要低.图8a ,b 为熔宽对比,实测和模拟均为58mm ,图8c ,d 为熔深对比,模拟熔深为1.04m m ,实测熔深为0.96m m ,误差7.7%.可以看出,模拟得到的熔深和熔宽与试验基本一致,进一步说明模型是正确的.带极埋弧堆焊的熔池类似立方体,而常规的焊接方法如TIG 焊的熔池为半双椭球状.
4 结 论
(1)用基于Goldak 双椭球热源模型,推导的带状双椭球型热源模型,可适用于带极埋弧堆焊的有限元模拟.
(2)模拟的热循环曲线与实测曲线最大误差为5.42%,熔深误差为7.7%.(3)带极埋弧堆焊的热源类似长方形,前沿为
直线形状,熔池类似长方体.参考文献:
[1] 黄嗣罗,何 祥.不锈钢带极堆焊工艺研究[J ].焊接,1999
(2):12-16.
Huang Sil uo ,He Xiang .Procedure of electro -slag surfacing with s tain -less s teel strip electrode [J ].Welding and Joining ,1999(2):12-16.[2] 李奋昆,吴文军,杜永前.不锈钢带极埋弧堆焊焊材选择和焊
接缺陷的防止[J ].甘肃科技,2004,20(12):64-65.Li Fenkun ,Wu Wenjun ,Du Yongqian .The selecti on of Band elec -trode submerged arc s urfacing material and prevent weld defects [J ].Gansu Technology ,2004,20(12):64-65.
[3] J ohn Goldak ,Aditya Chakravarti ,Malcol m Bibby .A ne w finite ele -ment model for wel ding heat s ources [J ].Metallurgical Transaction B ,1984(15):299-305.
作者简介:
王志锋,男,1983年出生,硕士研究生,国际焊接工程师.主要从事数值模拟方面的研究.Email :
byland @https://www.wendangku.net/doc/d715962501.html, 92 焊 接 学 报第30卷
Zhenjiang212003Jiangsu,China).p73-76
A bstract: Different from the relationship of heat input and welding speed at meltin g welding,which submits inverse ratio,the relation is quite complex for friction stir welding.This paper studies the relation of welding speed and heat input at aluminum alloy fric-tion stir welding based on thermogenes is of friction and plastic de-forming.The result shows that welding speed and heat input relation-ship is nonlinear and shows a complex shape,which means weldin g speed,depending on various ranges of parameter,contributes vari-ably to heat input.When rotary speed to welding speed ratio is con-stant,with the increase of welding speed,heat input and the me-chanical behavior of the joint decreasing is not linear.Thus,heat in-put should not be measured by rotary speed to weldin g speed ratio.
Key words: friction stir welding;weldin g speed;heat input
Interface microstructure and wear properties of TiC-Ni-Mo co atings prepared by in-situ fabricatio n of laser cladding HE Qingkun,WANG Yong,ZHAO Weimin,CHENG Yiyuan(College of Mechanical and Electron ic Engineering,China Petroleum Univer-sity,Dongying257061,Shandong China).p77-80,100
A bstract: TiC-Ni-Mo composite coating was prepared by in-situ fabrication of laser cladding.The interface microstructure and wear properties of the coatin g was investigated by means of E PMA, TE M and wear tests.The results show that,adding5%Mo into the coating could improve uniformity,rigidity,wear resistance,refine TiC grains,reduce friction coefficients and exist orientation relation-
ship:(001)
TiC (111)
γ-Ni
.The rigidity and wear resistance of coat-
ing decrease with the content of10%Mo.There are many direc-tional dislocations inside TiC phase and d islocation tangles ins ideγ-Ni-binder phase.The wear mechanism of the coating is anti-wear ac-tion of reinforcing phases.The wear morphology is short and shallow furrows.
Key words: laser cladding;in-situ fabrication;interface; wear resistance
Study on welded metal properties of high carbo n cast self-shield-ed flux cored wire with Nb and Mo WANG Qingbao1,BAI Bo1,LIU Jingfeng1,LIAN Jing2(1.Welding Research Institute, Central Research Institute Building&Construction,MCC,Beijin g 100088,China;2.Heilongjiang Provinoial Installation Engineerin g Company,Harbin150000,China).p81-84
A bstract: The paper studied the microstructures morphology, and the discrimination in hardness and wearability of welded metal with the addition of Nb,Mo by optical microscope and SE M.The re-sults showed that the number of primary carbide,macrohardness and wearability were increased with the increasing the contents of Nb, Mo.Nb only resulted in NbC to strength welded metal,and but this strengthen was better;Mo not only resulted in Mo
2
C but also in the primary carbide and matrix,but this strengthen was weaker than that of Nb.In order to get better wear resistance and economic benefit,it should optimize the contents of alloys and strengthen both carbide and matrix.
Key word: primary carbide;strengthen;matrix;wearability
Experimental study on compression-diffusion co mposite connec-tio n of Cu Al joint HONG Lilin g,XIN Xuanrong,ZHANG Keke,LIU Tin g,WANG Wen y an(School of Materials Science and En gineering,Henan Un iversity of Science and Technology,Luoyan g 471003,Henan China).p85-88
Abstracts: Cu and Al alloy were bonded by compression g-diffusion compos ite connection technology.The welding technics pro-cedure was:Cu and Al alloy be compressed firstl y,then diffused on 515℃for60min,and diffuseed90min again before hot-pressed. The microstructure was researched b y various test methods,such as SE M,EDS,micro-hardness test,XRD and so on.The experiment results indicated that brittle compound Cu Al
2
appeared in the inter-face and a new component was created between Cu&welding,which looks like a bright belt.Electric performance of joint was bet ween Cu and Al alloy,that could be satisfied with practical application.
Key words: compression-diffusion composite connection; copper;aluminum alloy;weld
Finite element sim ulation of tem perature field for submerged arc strip overlaying on thick plate W ANG Zhifen g1,CHEN Peiyin1,WU Wei1,C HEN Yan1,ZHANG Jianmin2,Bao Hen g2(1. Harbin Welding Institute,Harbin,150080,China;2.China First Heavy Lndustries,Qiqihar161042,Heilongjiang China).p89-92
A bstratct: A thermal source for submerged arc overlaying is designed based on its principle and heat source model of Goldak, and a fortran subroutine is compiled to implement the translation of thermal source in the FEA software MSC.MARC.Finite element simulation of temperature field of sub merged arc strip overlaying on thick plate was established.The simulation results are in good accor-dance with the actual thermal cycle curve,which proved the model is correct.
Key words: submergen arc overlay weldin g;heat s ource model;heat source temperature field;thermal cycle curve Oxidation resistance of reactive plasma cladding high-chrom ium iron-base composite coating WANG Limei(School of In forma-tion and Control Engineering,Weifang University,Weifang261061, Shandong China).p93-95,104
Abstract: The sucrose was used as a carbonaceous precursor to prepare composite powders of Fe-Cr-C-W-Ni by the precurs or car-bonization-composition process.And the powders were fused to form a high-chromium iron-base coating on the surface of hardened and tempered grade C steel(C≤0.35%)with the optimum reactive plas ma cladding process.SE M,XRD and EDS were employed to
2008,Vol.30,No.1 TRANSACTIONS OF THE C HI NA WELDI NG I NSTITUTI ON Ⅴ
有限元分析实验报告
武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析 开课学院机电工程学院 指导老师姓名 学生姓名 学生专业班级机电研 1502班 2015—2016 学年第2学期
实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁，另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直向下的30KN的载荷与60kN的载荷，分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变，其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 1.1方形截面悬臂梁模型建立 建模环境：DesignModeler 15.0。 定义计算类型：选择为结构分析。 定义材料属性：弹性模量为2.1Gpa，泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 （1）绘制方形截面草图：在DesignModeler中定义XY平面为视图平面，并正视改平面，点击sketching下的矩形图标，在视图中绘制10mmX10mm的矩形。（2）拉伸：沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm，即可得到梁的三维模型，建模完毕，模型如下图1.1所示。 图1.1 方形截面梁模型 1.2 定义单元类型： 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分：通过选定边界和整体结构，在边界单元划分数量不变的情况下，通过分别改变节点数和载荷大小，对同一结构进行分析，划分网格如下图1.2所示：
图1.2 网格划分 1.21 定义边界条件并求解 本次实验中，讲梁的左端固定，将载荷施加在右端，施以垂直向下的集中力，集中力的大小为30kN观察变形情况，再将力改为50kN，观察变形情况，给出应力应变云图，并分析。 （1）给左端施加固定约束； （2）给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力； 1.22定义边界条件如图1.3所示： 图1.3 定义边界条件 1.23 应力分布如下图1.4所示： 定义完边界条件之后进行求解。
压力容器表面堆焊
压力容器表面堆焊 一、分类 （1）按电极种类分： 1、实芯焊丝自动钨极氩弧堆焊（Auto T1G ）。 2、药芯焊材CO2 气体保护堆焊（FCAW）。 3、焊条电弧堆焊（SMAW ）。 4、带极堆焊。 5、双极埋弧自动焊（SAW）。 （2）带极堆焊分类 1按堆焊原理分类：分为带极埋弧堆焊（SAW）和带极电弧堆焊（ESW） 2、按堆焊层数分：单层堆焊和双层堆焊。 3、按堆焊速度分：普通速度堆焊和高速带极堆焊。 （2）按堆焊材料分类 1、碳钢和低合金钢堆焊。 2、不锈钢（奥氏体不锈钢和双相不锈钢）堆焊。 3、镍基合金堆焊。 4、硬质合金堆焊。 、带极堆焊 1）带极堆焊的特点 1、效率高、熔化速度大、一次对焊硬度可达4~6mm。 2、熔深浅、稀释率较小。 3、焊道表面平整光滑美观，一般不需加工。 4、节省焊剂，理论上焊剂与带极堆焊的熔化比率是0.4~0.5，大的是钨极堆焊 的1/2。实际上考虑到浪费的问题，焊剂与钢带的消耗比例是0.7~0.8。 5、变形小、由于输入母材的单位面积热量相对较少。 6、熔炼型焊剂比烧结型焊剂堆焊熔深大。 2）带极堆焊中的焊接工艺参数
1、钢带牌号及尺寸规格、焊剂牌号。 2、焊接电流、焊接电压、焊接速度、。其中焊接电流对稀释率的影响小，而焊接速度影响大。 3、钢带的干伸长度。 4、搭接容易。 5、堆焊厚度。 （3）电渣堆焊：1、定义：利用电流通过熔渣所产生的电阻热来熔化焊剂、焊带、母材，形成堆焊金属，这种对焊技术的方法就称之为带极电渣堆焊。 2、特点：与带极埋弧堆焊相比。 ①熔深浅：由于母材是通过熔渣接受热量，而不是像埋弧自动焊那样电极与母材间产生电弧，所以母材不可能得到大的熔深。电渣堆焊的熔深一般小于1 mm。 ②稀释率小：稀释率如何计算？假定焊接过程中没有任何损耗。 X W=X B. s +X D（1- S ）% Xw——某元素在焊缝金属中的含量。 X B——某元素在母材金属中的含量。 X D——某元素在焊带金属中的含量。 S -----稀释率。 以Ni举例说明：由于Ni B=O. 得出S =（Ni D-Ni w）/ Ni D 对电渣堆焊而言，最小稀释率可达5%。 为了更好的说明电渣带极堆焊稀释率小的特点。想将各种常用的堆焊稀释率 方法列表如下：
求解温度场的非线性有限元方法
Ξ 求解温度场的非线性有限元方法 刘福来1, 杜瑞燕2 (1.东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳 110004;2.河北青年干部管理学院教务处,河北石家庄 050031) 摘要:从G alerkin 有限元方法出发,对自由表面上的辐射换热的数学表达式不作线性化处理,而是把温 度场的求解问题转化为非线性代数方程组的求解问题,并且用Newton 迭代法计算了温度场. 关键词:温度场;有限元方法;Newton 迭代法 中图分类号:O 242.21 文献标识码:A 文章编号:100025854(2005)0120021204 由文献[1]知,求解二维待轧过程的温度场,就是要求下面微分方程和初值问题的解: 52T 5 x 2+52T 5y 2=1α5T 5t ;(1) -k 5T 5n =0,(x ,y )∈S 2; (2) -k 5T 5n =σεA (T 4-T 4 ∞),(x ,y )∈S 3; (3) T (x ,y ,0)=T 0(x ,y ). (4)其中:α=λ ρc 称为导温系数,λ,ρ和c 分别为热导系数、密度和比热;S 2为给出热流强度Q 的边界面; T ∞为环境温度;S 3为给出热损失的边界面.对轧制问题的温度场,常常考虑的几种边界面[1] 是:对称 面、自由表面和轧件与轧辊的接触面.在辐射面上,边界条件的数学表达式为σεA (T 4-T 4 ∞)(其中:σ为 Stefan 2Boltzmann 常数,ε为物体表面黑度,A 为辐射面积,T ∞为环境温度)是温度T 的4次幂,具有强 烈的非线性.以往在实际计算中有2种处理方法[2],一种是简化问题的物理模型,有时将表达式看成常 数,有时将边界条件转化成h r A (T -T ∞)(其中h r =σ ε(T 2+T 2∞)(T +T ∞)),在轧制问题中求解温度场时文献[1,3]都采用了这一方法;另一种是处理问题的数学方法,即用近似方法求解非线性的偏微分方程问题.例如,用数值分析的方法,文献[4]中利用了差分方法. 本文中,笔者从G alerkin 有限元法出发,对自由表面上辐射换热的数学表达式不作线性处理,而是直接对非线性代数方程组用Newton 迭代法计算温度场,以二维待轧过程温度场的有限元解析进行讨论.1 G alerkin 有限元方法简介 将待求解区域Ω剖分为E 个单元,每个单元4个节点.设N i 是形函数(i =1,2,3,4),用4节点线性等参单元,则单元内的温度为 T e =N 1T 1+N 2T 2+N 3T 3+N 4T 4={N }T {T}e , (5) 其中:{N }=(N 1,N 2,N 3,N 4)T ;{T}e =(T 1,T 2,T 3,T 4)T .设ω1,ω2,…,ωn 是一组基函数,用 G alerkin 方法求方程(1)～(4)的解,实际上是求c 1,c 2,…,c n ,使T n =c 1ω1+c 2ω2+…+c n ωn 满足 κ Ω ρc 5T n 5t -k 52T n 5x 2+ 52T n 5y 2 ωi d x d y =0,i =1,2,…,n. (6) 对式(6)应用Green 公式,有 Ξ收稿日期:2004 0105;修回日期:20040420 作者简介:刘福来(1975),男,河北省唐山市人,东北大学博士研究生. 第29卷第1期2005年 1月河北师范大学学报(自然科学版) Journal of Hebei Normal University (Natural Science Edition )Vol.29No.1Jan.2005
有限元分析实验报告
学生学号1049721501301实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析机电工程学院开课学院 指导老师姓名
学生姓名 学生专业班级机电研1502班 学年第学期2016—20152 实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁，另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直 向下的30KN的载荷与60kN的载荷，分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变，其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 方形截面悬臂梁模型建立1.1 建模环境：DesignModeler15.0。 定义计算类型：选择为结构分析。 定义材料属性：弹性模量为 2.1Gpa，泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 （1）绘制方形截面草图：在DesignModeler中定义XY平面为视图平面，并正 视改平面，点击sketching下的矩形图标，在视图中绘制10mmX10mm的矩形。 （2）拉伸：沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm，即可得到梁的三维模型，建模完毕，模型如下图 1.1所示。
图1.1方形截面梁模型 ：定义单元类型1.2 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分：通过选定边界和整体结构，在边界单元划分数量不变的情况下，通过分别改变节点数和载荷大小，对同一结构进行分析，划分网格如下图 1.2
所示： 图1.2网格划分 1.21定义边界条件并求解 本次实验中，讲梁的左端固定，将载荷施加在右端，施以垂直向下的集中 力，集中力的大小为30kN观察变形情况，再将力改为50kN，观察变形情况，给出应力应变云图，并分析。 （1）给左端施加固定约束； （2）给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力； 1.22定义边界条件如图1.3所示：
有限元实验报告
一、实验目的 通过上机对有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解；通过对本实验所用软件平台Ansys 的初步涉及，为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE 软件进行工程分析奠定初步基础。 二、实验设备 机械工程软件工具包Ansys 三、实验内容及要求 1) 简支梁如图3.1.1所示，截面为矩形，高度h=200mm ，长度L=1000mm ，厚 度t=10mm 。上边承受均布载荷，集度q=1N/mm2，材料的E=206GPa ，μ=0.29。平面应力模型。 X 方向正应力的弹性力学理论解如下： 图3.1.1 ①在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ，y σ的分布规律。 ②计算下边中点正应力x σ的最大值；对单元网格逐步加密，把x σ的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。 ③针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。 2) 一个正方形板，边长L = 1000mm ，中心有一小孔，半径R = 100mm ，左右边 受均布拉伸载荷，面力集度q = 25MPa ，如图 3.2.1所示。材料是 206E GPa =，0.3μ=，为平面应力模型。当边长L 为无限大时，x = 0截面上理论解为： ) 534()4 (6222 23-+-=h y h y q y x L h q x σ
)32(2|44 220r R r R q x x ++==σ 其中R 为圆孔半径，r 为截面上一点距圆心的距离。x = 0截面上孔边（R r =）应力q x 3=σ。所以理论应力集中系数为3.0。 图3.2.1 用四边形单元分析x = 0截面上应力的分布规律和最大值，计算孔边应力集中系数，并与理论解对比。利用对称性条件，取板的四分之一进行有限元建模。 3) 如图3.3.1所示，一个外径为0.5m ，内径为0.2m ，高度为0.4m 的圆筒，圆 筒的外壁施加100MPa 的压强，圆筒的内部约束全部的自由度，材料参数是密度。 使用平面单元，依照轴对称的原理建模分析。 q
Ansys有限元分析温度场模拟指导书
实验名称：温度场有限元分析 一、实验目的 1. 掌握Ansys分析温度场方法 2. 掌握温度场几何模型 二、问题描述 井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。 表1 井式炉炉壁材料的各项参数 三、分析过程 1. 启动ANSYS，定义标题。单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine” 2.定义单位制。在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键
3. 定义二维热单元。单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE55 4.定义材料参数。单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单
5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。 6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。 7.建立模型。单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。
有限元实验指导书—ansys
有限元法基础及应用上机指导书 南京理工大学 2008年4月
1 引言 上机实验是“有限元法基础及应用”课程的一个教学实践环节。通过上机，同学们可以对理论课所学有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解，同时通过对本实验所用软件平台Ansys的初步涉及，为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE软件进行工程分析奠定初步基础。 2 Ansys软件及其应用简介 Ansys是一个集成化的机械工程软件工具包，它包含所谓的CAD/CAE/ CAM功能。该软件能实现对机械工程产品设计和分析的并行工程（Concurrent Engineering）方法，它允许协同工作的不同设计小组共享设计模型并在不同应用模块之间自由交换信息。 Ansys是一个主要基于有限元法的工程分析应用软件系统，其功能几乎涉及工程分析的所有方面。用Ansys软件对一个结构或机械零件进行有限元分析的过程由三个大步骤组成：前处理、求解、后处理。 前处理是指建立有限元模型的几何、输入模型的物理和材料特性、边界条件和载荷的描述、模型检查的整个过程。 求解阶段对前处理建立的有限元模型选择相应的求解器进行求解运算。 后处理涉及对计算结果进行考察和评估的各种操作，比如绘制应力、变形图，将结果与失效准则进行比较等。后处理阶段必须回答两个问题：模型是否准确？结构或零件是否满意？ 模型中有许多可能产生误差的因素，比如有限元网格的疏密、所使用单元的类型、材料特性、边界条件等。因此后处理需要对这些环节可能产生的错误进行检查，而这些问题往往在前处理和求解阶段难以发现。在根据计算结果对所分析的结构或零件进行评估之前，应确保模型中没有错误。 3 上机实验 3.1 习题1 3.1.1 已知条件 简支梁如图3.1.1所示，截面为矩形，高度h=200mm，长度L=1000mm，厚度t=10mm。上边承受均布载荷，集度q=1N/mm2，材料的E=206GPa，μ=0.29。平面
带极埋弧自动焊技术操作规程通用版
操作规程编号：YTO-FS-PD243 带极埋弧自动焊技术操作规程通用版 In Order T o Standardize The Management Of Daily Behavior, The Activities And T asks Are Controlled By The Determined Terms, So As T o Achieve The Effect Of Safe Production And Reduce Hidden Dangers. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards
带极埋弧自动焊技术操作规程通用 版 使用提示：本操作规程文件可用于工作中为规范日常行为与作业运行过程的管理，通过对确定的条款对活动和任务实施控制,使活动和任务在受控状态，从而达到安全生产和减少隐患的效果。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 1、主题内容与适用范围 本标准规定了LG1200R型带埋弧自动焊机的技术操作要求和作业程序 本标准适用于LG1200R型焊机的操作 2、引用标准 参照西德进口的LG1200R型焊机说明书 GBJ236—现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 3、操作前的准备 3．1操作人员必须了解焊机构造原理，熟悉其机械系统，电气系统，熟悉电源箱和操作盘上的各种开关，旋钮的功能，了解焊机的主要技术参数。 3．2操作前应熟悉图纸及被焊工件的材质，堆焊部位等有关技术要求。 3．3工作前对焊带和焊剂要做质量检查，有产品出产合格证的方可使用。对焊带上的油污和铁锈要清除，对焊
(有限元)上机实验指导书
实验一ANSYS软件环境及典型实例分析 一、实验目的： 熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。 二、实验设备： 微机，ANSYS软件。 三、实验内容： ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。 四、实验步骤： 1、ANSYS界面介绍： ANSYS软件功能非常强大，应用范围很广，并具有友好的图形用户界面（GUI）和优秀和程序架构。基于Motif标注的GUI主要由主窗口和输出窗口组成。随着版本的不断升级，ANSYS界面不断改进，不同版本间的界面存在着较大差别。下面介绍ANSYS的用户界面。 （1）主窗口 * 。 ANSYS的主窗口主要由以下5个部分组成。 ①Utility菜单 这些菜单主要通过ANSYS的相关功能组件起作用，比如文件控制、参数选择、图像参数控制及参数输入等。 ②Input Line(Input Window命令输入窗口)
命令输入窗口（也称为命令栏）用于显示程序的提示信息并允许用户直接输入命令，简化分析过程。 ③工具栏（Toolbar） { 工具栏主要由按钮组成，这些按钮都是ANSYS中的常用命令。用户可以根据工作类型定义自己的工具栏以提高分析效率。 ④主菜单（Main Menu） 主菜单包括了ANSYS最主要的功能，分为前处理器（Preprocessor）、求解器（Solution）、通用后处理器（General Postprocessor）、设计优化器（Design Optimizer）。展开主菜单可以看到非常多的树状建模命令，这也是版本和以前版本的一个显著差别。虽然菜单的外观改变了，但是菜单结构没有变化，这对ANSYS 用户平滑升级非常有利。 ⑤图形窗口（Graphic Windows） 图形窗口用于显示分析过程的图形，实现图形的选取。在这里可以看到实体建模各个过程的图形并可查看随后分析的结果。 （2）输出窗口（Output Windows） 输出窗口用于显示程序的文本信息，即以简单表格形式显示过程数据等信息。通常，输出窗口被主窗口遮盖，当然，如果需要随时可以将输出窗口拖到前面。 注意： 应该在ANSYS分析的各个步骤中随时查看输出窗口中的信息，检验分析过程是否正确，以便及时调整。 通过GUI可以方便地交互式访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料，一步步地完成整个分析，很好地体现出ANSYS的易用性。同时，ANSYS软件也提供了完整的在线说明和帮助文件，以协助有经验的用户进行高级应用。 在用户界面中，ANSYS软件提供了4种通用的命令输入方式：菜单、对话框、工具栏和直接输入命令。 ~ 2、ANSYS分析过程： 一个典型的ANSYS分析过程包含3个主要步骤，每个主要步骤及其子步骤如下： （1）建立有限元模型 在ANSYS中建立有限元模型的过程大致可分为以下3个主要步骤： ①建立或导入几何模型 ②定义材料属性 ③划分网格建立有限元模型 （2）施加载荷并求解 在ANSYS中施加载荷及求解的过程大致可以分为以下3个主要步骤： ①定义约束 ②\ ③施加载荷 ④设置分析选项并求解 （3）查看分析结果
温度场概述
[46]顾建强. 激光熔覆残余应力场的数值模拟[D]. 浙江工业大学硕士学位论文，2010. 热传导分析的有限元法 1.传热的基本方式 热有三种基本方式：热传导、对流和热辐射。热传导是指温度不同的物体仅仅由于 直接的接触而没有相对的宏观运动时所发生的能量传递现象，热量的传递是依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动来完成的。热对流是指流体中温度不同的各部分相互混合的宏观运动引起能量传递的现象。热辐射是指物质对外通过发射的电磁波的形式在空间传递能量的现象。传导是物质的本能，只要有温度差，就有热量自发地从高温物体向低温物体传递，或由物体的高温部分传向低温部分。 1822 年，傅里叶提出了著名的导热基本定律，即：在任意时刻，均匀连续介质中各 点传递的热流密度q 与该点的温度梯度成正比，即： 式中负号表明导热的方向与温度梯度方向相反,式中k 为连续介质的导热系数，gradT 为导热梯度，其表达式为： 对流换热和对流换热系数 固体壁面和流体之间的换热是依靠流体的热传导和热对流方式相结合进行的。流体和 固体一样具有导热本能，只有在流体静止不动时才出现单纯的导热现象。固体壁面与流体之间的对流换热可以用以下定律来进行描述： 式中，q 为传递的热流密度，T 为固体壁面的温度， T 0为流体的温度，h 为对流换热系数。 对流换热系数是指当流体与壁面温度相差1℃时每单位壁面面积上单位时间内所传递的 热量。 热辐射的基本定律和辐射换热 辐射是物质所固有的属性。热辐射的强度取决于物质的温度，只要温度高于绝对零度， 任何物质都会向周围空间发射电磁波辐射。热辐射由斯蒂芬——玻耳兹曼定律进行描述： 式中，q 为物体热辐射能流密度，ε为物体黑度， σ0为斯蒂芬——玻耳兹曼常数，
有限元上机实验报告
有限元法基础及应用 上机报告 南京理工大学 2015年12月 上机实验一
1 实验题目 设计一个采用减缩积分线性四边形等参元的有限元模型，通过数值试验来研究网格密度、位移约束条件与总刚度矩阵奇异性、沙漏扩展、求解精度的关系，并验证采用减缩积分时保证总刚度矩阵非奇异的必要条件。总结出你的研究结论，撰写实验报告。 2 实验目的 通过实验来研究减缩积分方案中网格密度和位移约束条件对总体刚度矩阵奇异性和求解精度的影响，以此加深对有限元减缩积分的理解，和对减缩积分中保证总体刚度矩阵非奇异性的认识。 3建模概述 先保持位移约束条件不变，研究网格密度对总体刚度矩阵奇异性和求解精度的影响，并验证采用减缩积分时保证总刚度矩阵非奇异的必要条件。如下图1所示，建立一个简支和链杆的约束条件，然后不断增加网格密度，通过ABAQUS 来计算位移和应力的变化规律。 个独立关系式）节点（两个自由度）
4 计算结果分析讨论与结论 1）1*1单元四边形减缩积分实验 载荷布种/单元 应力云图 2）2*1单元四边形减缩积分实验 载荷单元
应力云图3）4*4单元四边形减缩积分实验 载荷布种单元 应力云图
结果分析 5 实验体会与小结 单元刚度矩阵的特征： (1)对称性 (2)奇异性 (3)主元恒正 K相同 (4)平面图形相似、弹性矩阵D、厚度t相同的单元，e K的分块子矩阵按结点号排列，每一子矩阵代表一个结点，占两行两 (5)e 列，其位置与结点位置对应。 整体刚度矩阵的特征： (1)对称性 (2)奇异性 (3)主元恒正 (4)稀疏性 (5)非零元素呈带状分布。 [K]的物理意义是任意给定结构的结点位移所得到的结构结点力总体上满足力和力矩的平衡。为消除[K]的奇异性，需要引入边界条件，至少需给出能限制刚体位移的约束条件。 对于一个给定形式的单元，如果采用精确积分，则插值函数中所有项次在|J|=常数的条件下能被精确积分，并能保证刚度矩阵的非奇异性。如果采用减缩积分，因为插值函数中只有完全多项式的项次能被精确积分，因此需要进行刚度矩阵非奇异必要条件的检查。
ANSYS大型变压温度场的有限元分析
ANSYS大型变压温度场的有限元分析 杨涛 华北科技学院机电工程系材控B112班 摘要：变压器是一种静止的电能转换装置，它利用电磁感应原理，根据需要可以将一种交流电压和电流等级转变成同频率的另一种电压和电流等级。它对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时，它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的应用。如何开发合适的温度场计算技术，准确地计算变压器在各种运行状态下内部线圈、结构件及铁芯等部位的温度，控制内部热点温度不超过其内部绝缘材料的许用温度，从而保证变压器的热寿命，提高变压器的安全可靠性，是企业急需解决的问题。准确计算出变压器的平均温升和最热点温升，并合理地控制其分布，以满足标准要求，是保证变压器安全、稳定和高校运行的关键。 关键字：温度场;变压器；铁芯；有限元；ANSYS 1引言 变压器是电力网中的主要设备，其总容量达到发电设备总容量的5～6倍。电力变压器的技术性能、经济指标直接影响着电力系统的安全性、可靠性和经济性。随着科学技术的发展、生产技术的进步以及新型电工材料的开发应用，变压器的各项性能指标不断刷新，单机容量越来越大，变压器中的漏磁场也随之增大，引起了人们的关注。在额定运行情况下，漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的运行效率和产品的竞争力。严重的是，由于漏磁场在一定范围内的金属结构件中产生的涡流损耗不均匀，有可能造成这些结构件的局部过热现象。变压器的容量越大，漏磁场就越强，从而使稳态漏磁场引起的各种附加损耗增加，如设计不当它将造成变压器的局部过热，使变压器的热性能变坏，最终导致绝缘材料的热老化与击穿。 在电力系统发生短路时，暂态短路电流产生的漏磁场还可能产生巨大的机械力，对其绝缘和机械结构造成致命威胁。为了避免此种事故发生，必须对漏磁场进行全面的分析。为此，对变压器运行的效率、寿命和可靠性提出了越来越高的要求。 变压器在220℃温度下, 保持长期稳定性，在350℃温度下, 可承受短期运行，在很广的温度和湿度范围内, 保持性能稳定，在250℃温度下, 不会熔融,流动和助燃，在750℃温度下, 不会释放有毒或腐蚀性气体。为了减少过高温度对变压器绝缘材料的影响，使变压器实现预期的使用寿命，保证变压器安全可靠的运行，变压器各部分都有各自所规定的温度极限，现主要对变压器的铁芯和绕组进行有限元分析。 2变压器 2.1变压器的基本原理 由于变压器是利用电磁感应原理工作的，因此它主要由铁心和套在铁心上的两个（或两个以上）互相绝缘的线圈所组成，线圈之间有磁的耦合，但没有电的联系（如图1所示）。
带极埋弧自动焊技术操作规程示范文本
带极埋弧自动焊技术操作规程示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
带极埋弧自动焊技术操作规程示范文本使用指引：此操作规程资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 1、主题内容与适用范围 本标准规定了LG1200R型带埋弧自动焊机的技术操作 要求和作业程序 本标准适用于LG1200R型焊机的操作 2、引用标准 参照西德进口的LG1200R型焊机说明书 GBJ236—现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规 范 3、操作前的准备 3．1操作人员必须了解焊机构造原理，熟悉其机械系 统，电气系统，熟悉电源箱和操作盘上的各种开关，旋钮 的功能，了解焊机的主要技术参数。
3．2操作前应熟悉图纸及被焊工件的材质，堆焊部位等有关技术要求。 3．3工作前对焊带和焊剂要做质量检查，有产品出产合格证的方可使用。对焊带上的油污和铁锈要清除，对焊剂要按工艺要求进行烘焙。 3．4堆焊前，要对工件上堆焊部位的铁锈和油污清除干净。 3．5根据堆焊的工艺要求，选择下降性（DP），平特性（CP）或平特性的气保焊（MAG）电源特性曲线，并将转换开关搬到对应的位置上。 3．6根据工艺要求选定直流电源的极性。正接法指工件接正极，焊带接负极；反接法与此相反。 3．7调整焊机机头，将机头沿水平方向对准焊缝；调节机头升降装置，使焊剂流出管的末端与工件的间隙取25—40mm为宜。
电磁场有限元分析
水轮发电机单通风沟三维简化模型温升计算 一、问题分析 近年来，随着水轮发电机单机容量的不断增加，在发电机进行能量转换过程中产生的损耗不断增大，使其运行的温升问题日趋严峻。根据上述情况，运用有限元分析方法，建立发电机单通风沟三维简化模型进行发电机温升计算。 二、电机单通风沟有限元分析 1.1 水轮发电机单通风沟三维简化模型建立 根据实际水轮发电机结构和通风沟特点，并考虑可接受误差，进行适当简化，以便于简化有限元分析计算得到以下模型，如图1所示。 图1 发电机单通风沟简化物理模型 由图1所示：水轮发电机单风沟简化物理模型三维求解域在轴向上包含发电机一个通风沟以及通风沟两侧各半个轴向铁心段；幅向上包含发电机定子三个槽、转子两个槽。 根据有限元分析特点，对发电机单通风沟简化物理模型进行网格剖分，得到发电机单通风沟简化物理模型剖分图如图2所示。
图2 电机单通风沟简化物理模型网格剖分 由于物理模型较小，可以适当加密剖分进而提高计算精度，故采用楔形和六面体的混合网格进行剖分，总网格数共48万，节点数为30万。利用有限体积法，将流体场和温度场进行强耦合求解，从而 得到发电机的详细温升分布情况。 1.2 边界条件 在图1中，求解域内的面 S为径向通风沟的进风口，沿径向与面 1 S对应的面2S为径向通风沟的出风口。由此，根据所研究发电机的实1 际运行工况，可以给定如下发电机单风沟物理模型的边界条件：1）冷却空气的初始基值绝对温度为0K； 2）径向通风沟入口 S风速为5.1m/s的速度入口边界，通风沟出 1 口 S为自由流动边界； 2 3）求解域其它外边界均为绝热面，发电机内部流体与固体的接 触面均为无滑移边界面。
温度场计算说明书
温度场计算说明书 1.建立有限元模型 熟悉有限单元法基本原理 建立由点线面构成的实体模型，然后在实体模型基础上进行网格划分 有限单元法基本原理与ansys基本操作见附件1.0《有限元分析基础教程》 以22#坝段为例，划分后的单元如图1所示 图1 22#坝段网格示意图 2单元的转换与材料分区 将划分好的8节点结构solid45单元转化为热学计算的solid70单元（如图2）
图2 单元的转换 压缩和合并单元节点号（图3所示） 图3 压缩合并单元节点号根据混凝土材料性质划分不同材料（如图4）
图4 改变材料的单元号改变之后的材料之后模型如图5所示
根据不同的材料赋予不同的材料热学参数，密度，比热容和热传导系数（如图6）
图6 输入材料参数 3组元的挑选和命名 组元是一组元素的集合，单元集合以e开头，节点集合以n开头 将坝体和基岩单元集合命名为不同的组元edam和ebase 下图为命名组元的对话框（图7所示） 图7 创建组元 根据不同的浇注块，挑选不同的组元，比如d22e4表示第22坝段第4层浇注块挑选方法：1，准备文件如附件-1.1文件里所示 2，将不同坝段的单元和节点用ewrite和nwrite命令写出来（图8） 3，运行程序，将生成的FNAME1.DAT文件读进ansys（图9） 图8 将单元信息写到文件中
图9 read input from 读取命令流 按照附件-1.2文件夹中文件格式所示， 根据各个浇注块的出生时间，温度，水管信息等等 准备DATA.xls文件，并建立组元名2 图10 data.xls文件 按照附件-1.3文件中程序提示的所示， 生成命令流文件，读入后形成na和nd的组元，具体内容如图11所示它们分别代表各个浇筑过程中增加的对流边界和删除的对流边界 图11 na组元名文件
自动埋弧堆焊
埋弧堆焊的工艺参数主要是指堆焊电流、电弧电压、堆焊速度、焊丝直径及焊丝送给速度等，在实际堆焊工作中，这些工艺参数对堆焊焊缝形状和尺寸的影响。此外，电源极性、焊丝牌号及颗粒度、工件倾斜角度等对堆焊质量也有影响。主要工艺参数 堆焊电流的影响 随着堆焊电流的增大，堆焊电弧发出的热量增加，传到工件的热量也增多。当堆焊电流增大时，放射电子更为激烈，电弧的压力也随之增大。电弧下面的堆焊熔池的液体金属被挤出很多，电弧可以进一步潜入未熔化的基体金属，使基体金属的熔透深度显著增加。堆焊电流对熔深深度的影响用下式表示，即 h=KI 式中h——熔深，mm； K——比例系数，mm/A; I ——堆焊电流，A。 比例系数K表示当堆焊电流每增加1A时熔深h的增加量。K值的大小与堆焊电流种类、极性、焊剂种类和焊丝直径有关，通常K=0.01~0.02；对于自动焊接的船形位置焊和开坡口对接焊，取K=0.015~0.02；对于不开坡口的对接焊，取K=0.010~0.0115；对于自动堆焊，常取K=0.01。 当堆焊电流增大时，由于堆焊电弧潜入基体金属，电弧活动能力降低，对焊焊缝的宽度增加不大。由于堆焊电流增大，焊丝的熔化速度加快。但是在这种情况下，堆焊焊缝的宽度增加不多，堆焊焊缝的堆高部分变化—使堆焊焊缝的堆高部分与基体金属之间缺乏圆滑的过渡，从而引起堆焊焊缝应力集中。另外，当堆焊电流增大时，由于堆焊焊缝的宽度增加不多，焊剂的熔化量也受到影响。这对对焊焊缝的形状尺寸和堆焊层金属合金成分的填补不利。因此，在实际生产中当增大堆焊电流时，就必须相应地提高电弧电压，以达到同时增加堆焊焊缝宽度的目的。 堆焊电流对堆焊焊缝尺寸的影响如图所示。 图堆焊电流对堆焊焊缝形状尺寸的影响 （焊丝直径Ф2mm，材料为低碳钢） 又根据经验，堆焊电流I与焊丝直径d之间存在如下关系： I=（85~110）d 式中：I——堆焊电流（A）； d——焊丝直径（mm）。 电弧电压的影响 在埋弧堆焊过程中，当电弧长度增大时，电弧电压升高，电弧作用于工件的面积增大；反之，当电弧长度减小时，电弧电压降低，作用于工件的面积也减
有限元Ansys入门实验(精品)
现代设计理论与方法 有限元实验 实验平台（软件）：ANSYS 实验目的：了解并掌握有限元分析的基本思路，学会使用ANSYS 经典界面和ANSYS Workbehch 分析简单的问题 一、 ANSYS 经典界面下的有限元分析 （1）问题描述 厚度t =50.8mm ，长度l =1270mm ，截面高度线性变化的悬臂梁，截面高度从d 变化到3d (d =76.2mm)，在自由端的集中力F =17.793KN ，弹性模量207GPa ，泊松比为零。利用PLANE42（四节点平面单元）计算梁中部和固定端位置的最大弯曲应力。 （2）解析解结果 悬臂梁中部（x=l ) 悬臂梁固定端处（x =1.5l ) （3）有限元模型分析1、分析类型 静力分析 2、问题描述 平面应力 3、初步分析 （1）上页梁理论应力值。上边受拉下边受压。 （2）最大位移发生在自由端。可计算。 4、ANSYS 单位 mm N MP 5、单元 PLANE182—４节点四边形（每个节点２个自由度） 6、材料 弹性模量和泊松比 7、实常数 厚度 177931270 11298600N mm 22Fl M ?===?()222 3 250.876.2196645mm 666z t d bh W ?====max 57.457MPa z M W σ==()223 3442450mm 66z t d bh W ===22597000N mm M Fl ==?max 51.073MPa z M W σ==
（4）设置工作目录 Start > Programs > ANSYS 12.0>ANSYS Product Laucher(工作目录以及分析文件名可以自由设定) （5）分析步骤 1、菜单过滤 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 2、实体建模 建4个关键点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入4个点的坐标：input:1(635,0)→Apply →2(1905,0)→Apply →3(635,-76.2) →Apply →4(1905,-228.6) →OK 由4个关键点组成面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPs →依次拾取4个点→OK 3、划分网格 1）定义单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element T ype→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182 →OK (back to Element T ypes window) →Options… →selelt K3: Plane Strs w/thk→Close (the Element T ype window)
轧辊温度场及轴向热凸度有限元计算
第12卷增刊2000年9月 钢铁研究学报 J O U RN A L O F IRON AN D S T EEL RESEARC H V o l.12,Supplement Sept.2000 作者简介:孔祥伟(1970-),男,博士生; 收稿日期:2000-01-03; 修订日期:2000-06-24 轧辊温度场及轴向热凸度有限元计算 孔祥伟1, 李壬龙2, 王秉新3, 王国栋1, 刘相华1 (1.东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110006; 2.安泰科技股份有限公司功能材料事业部,北京100081; 3.抚顺石油学院机械学院,抚顺113001) 摘 要:采用大型有限元分析软件AN SYS 对四辊轧机工作辊的温度场进行了模拟,在模拟过程中,考虑了轧辊和轧件间的瞬态热接触和对流边界,动态分析了热轧时工作辊的升温过程,预测了工作辊的瞬态温度分布,并将所得的温度分布用于热凸度的近似计算中,其计算结果与文献结果相吻合。 关键词:轧辊;温度场;热凸度;有限元 中图分类号:T G333.1 文献标识码:A 文章编号:1001-0963(2000)增刊-0051-04 FEM Calculation of Temperature Field and Axial Thermal Crown for Work Roller KON G Xia ng -w ei 1, LI Ren -long 2, W AN G B ing -xin 3 , W AN G Guo -do ng 1, LIU Xiang -hua 1 (1.N or theaster n U niv er sity ,Sheny ang 110006,China ; 2.Adva nced Techno log y &M aterials Co Ltd ,Beijing 100081,China ; 3.Fushun Pet ro leum Institute ,Fushun 113001,China )Abstract :T he simula tio n o f the tempe ratur e field for w or k ro ller wa s ca rried out by means o f AN SY S softw ar e .In the simulatio n ,the co nv er t bo undar y conditio n and the transient ther mal co ntact betw een the roller a nd shee t we re studied a t the sa me time .The dynamic tempe ratur e v ariation and th e tra nsient temperatur e distribution o f the w o rk-r oll during ho t rolling pr ocess wer e go t.T he results w ere used in the therma l cro w n calculatio n.All the calculation results w er e pr ov ed tha t they ar e co nsistent with the litera ture data .Key words :w o rk ro ll;tempera tur e field;therma l cr ow n AN SY S 轧辊温度场一般采用数值方法进行计算,其中包括有限差分法和有限元法。用有限差分法计算温度场时,大多采用节点间的温度呈线性分布的假设,再根据微元体的能量平衡,将传热微分方程进行积分,推导出节点温度的线性方程组;或者用差商代替微商,将微分方程化成节点温度的线性方程组。有限差分法虽然具有方程简单、计算方便等优点,但是由于采用直交网格划分,使边界变成阶梯形,对于复杂边界形状的处理与实际情况不太吻合。因此,作者在轧辊温度场求解中,采用了有限元法。用有限元法计算温度场时,在空间域上,一般假设在一个单元内节 点间的温度呈线性分布,根据变分原理来进行计算,同时考虑了时间域,这样可得到精确的轧辊节点温度。应用有限元分析软件能更全面、方便地考虑轧辊在轧制过程的边界条件。 1 计算模型的建立 1.1 边界条件 在计算轧辊径向温度场时,轧辊边界条件按周期变化。轧制过程中随着轧辊旋转,轧辊表面反复受热和冷却。在温度解析中,大多按图1所示将轧辊表面分为受热区(A -B )和冷却区(C -F -I ),并依照以下 — 51—
带极埋弧自动焊技术操作规程正式版
Guide operators to deal with the process of things, and require them to be familiar with the details of safety technology and be able to complete things after special training.带极埋弧自动焊技术操作 规程正式版
带极埋弧自动焊技术操作规程正式版 下载提示：此操作规程资料适用于指导操作人员处理某件事情的流程和主要的行动方向，并要求参加施工的人员，熟知本工种的安全技术细节和经过专门训练，合格的情况下完成列表中的每个操作事项。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 1、主题内容与适用范围 本标准规定了LG1200R型带埋弧自动焊机的技术操作要求和作业程序 本标准适用于LG1200R型焊机的操作 2、引用标准 参照西德进口的LG1200R型焊机说明书 GBJ236—现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 3、操作前的准备 3．1操作人员必须了解焊机构造原理，熟悉其机械系统，电气系统，熟悉电
源箱和操作盘上的各种开关，旋钮的功能，了解焊机的主要技术参数。 3．2操作前应熟悉图纸及被焊工件的材质，堆焊部位等有关技术要求。 3．3工作前对焊带和焊剂要做质量检查，有产品出产合格证的方可使用。对焊带上的油污和铁锈要清除，对焊剂要按工艺要求进行烘焙。 3．4堆焊前，要对工件上堆焊部位的铁锈和油污清除干净。 3．5根据堆焊的工艺要求，选择下降性（DP），平特性（CP）或平特性的气保焊（MAG）电源特性曲线，并将转换开关搬到对应的位置上。 3．6根据工艺要求选定直流电源的极