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第1章 绪论1

1.1 数值模拟在当代科技发展中的地位1

1.2 模型和数学模型2

1.3 数值方法3

1.3.1 差分法3

1.3.2 有限元法4

1.3.3 数值积分法4

1.3.4 蒙特卡洛法4

1.4 数值模拟技术在焊接中的应用5

1.5 焊接数值模拟的前景与展望7

第2章 焊接热传导分析9

2.1 研究历史和现状9

2.2 焊接热传导的解析方法10

2.2.1 表面堆焊时的焊接热传导解析式10

2.2.2 适用范围和临界值的判别12

2.2.3 接头形式与坡口的修正13

2.3 有限元模型和求解方法16

2.3.1 有限元基本方程16

2.3.2 非线性方程组解法19

2.3.3 热源模型的选取19

2.3.4 网格划分和时间步长19

2.3.5 熔化和固态相变潜热20

2.3.6 采用集中质量热容矩阵克服“跃阶”现象20

2.4 分析实例21

2.4.1 热影响区800C冷却到500C时的冷却时间t8/5的分析计算21

2.4.2 脉冲TIG焊接温度场分析21

2.4.3 平板堆焊三维温度场有限元分析23

第3章 焊接熔池中的流体动力学和传热分析25

3.1 研究历史和动态25

3.2 数学模型和求解方法28

3.2.1 控制方程组28

3.2.2 体积力29

3.2.3 边界条件29

3.2.4 求解方法30

3.3 分析实例31

3.3.1 三维TIG熔池流体流动和传热过程31

3.3.2 薄板GMAW焊接时计算和试验结果的比较32

3.3.3 激光照射下铝的熔化和蒸发33

第4章 焊接电弧的传热传质过程34

4.1 研究历史和动态34

4.2 数学模型和求解方法35

4.2.1 基本方程35

4.2.2 边界条件37

4.2.3 计算方法39

4.3 分析实例39

4.3.1 TIG焊接电弧的温度和流场分布39

4.3.2 GTAW和GMAW焊接时电极性质的预测41

第5章 焊接冶金和焊接接头组织性能的预测43

5.1 概述43

5.2 熔池和焊缝金属的凝固与组织变化44

5.2.1 研究动态44

5.2.2 Oak Ridge焊缝金属组织模型47

5.3 焊接热影响区的相变和组织性能的预测49

5.3.1 研究动态49

5.3.2 固态相变演化规律的应用50

5.3.3 焊接接头组织连续变化的预测模型52

5.3.4 热影响区的硬度计算55

第6章 焊接变形与残余应力的预测57

6.1 概述57

6.2 焊接变形的残余塑变解析计算方法61

6.2.1 一维的简化残余塑变基本理论61

6.2.2 残余塑变基本解析公式61

6.2.3 梁架型结构纵向焊接变形的计算63

6.2.4 多道焊横向收缩和角变形的计算67

6.2.5 焊接应力变形形成机制的讨论与固有应变概念的引入68

6.2.6 残余塑变解析计算例76

6.3 预测焊接变形的固有应变有限元方法78

6.3.1 固有应变的基本概念78

6.3.2 焊接固有应变的确定79

6.3.3 关于Tendon Force的概念83

6.3.4 固有应变的施加方法84

6.3.5 固有应变有限元计算实例84

6.4 焊接热弹塑性有限元求解方法88

6.4.1 基本方程和求解方法88

6.4.2 提高计算精度和稳定性的若干途径90

6.4.3 热弹塑性有限元分析实例91

6.5 几种预测焊接变形方法的比较94

第7章 高温蠕变分析和局部焊后热处理95

7.1 概述95

7.2 基于残余应力消除效果的直接评定准则96

7.2.1 考虑蠕变的粘弹塑性有限元分析方法96

7.2.2 加热宽度直接评价方法97

7.2.3 局部焊后热处理引起的热应力和残余应力98

7.2.4 焊后消除应力处理的蠕变有限元分析99

7.2.5 不同热处理条件下的系列计算和临界加热宽度的确定101

7.3 基于改善焊接接头性能的均热区温差准则102

7.4 两个评定准则的关系和比较103

7.5 三维管接头焊后局部热处理加热宽度准则研究104

7.5.1 正交管接头焊后局部热处理104

7.5.2 计算模型的交贯线方程104

7.5.3 计算模型和方法106

7.5.4 应力分布特征及加热宽度准则的确定108

7.6 分析实例109

第8章 焊接过程中的氢扩散112

8.1 概述112

8.2 焊接氢扩散的数学物理模型112

8.2.1 氢扩散基本方程112

8.2.2 活性系数113

8.2.3 扩散系数113

8.2.4 平均压力项系数113

8.2.5 氢的表面逸出和边界条件114

8.3 计算实例114

第9章 特种焊接过程的数值模拟116

9.1 电阻点焊过程和接头性能分析116

9.2 陶瓷-金属焊接的残余应力特征118

9.3 激光焊接熔化和凝固的数学模型119

9.4 摩擦焊接的数学模型120

9.5 瞬态液相连接模型121

9.6 搅拌摩擦焊接的传热和力学计算模型122

9.7 水火弯板和感应加热成形123

9.8 胀管接头的弹塑性有限元分析及其应用124

第10章 焊接接头的力学行为分析126

10.1 概述126

10.2 焊接接头断裂力学描述参量126

10.3 力学不均匀性对焊接接头断裂参量的影响127

10.4 几何不均匀性对焊接接头断裂参量的影响130

10.5 焊接接头断裂强度评定的局部近似法131

10.6 局部法在焊接接头疲劳强度评定中的应用133

第11章 焊接数值模拟在ANSYS软件中的实现136

11.1 用ANSYS软件进行有限元分析的典型过程137

11.2 ANSYS软件在焊接应力分析中的应用138

11.2.1 间接法进行热应力分析138

11.2.2 直接法进行热应力分析140

11.3 ANSYS软件在用固有应变法进行焊接变形分析中应用142

第12章 三维焊接热传导有限元程序（WTEMP-3D）的应用146

12.1 三维焊接热传导有限元程序（WTEMP-3D）的说明及其应用146

12.1.1 程序功能146

12.1.2 输入参数说明146

12.1.3 数据输入格式（TM.DAT文件）151

12.1.4 数据输出格式154

12.1.5 数据输入格式例154

12.2 WTEMP-3D源程序156

参考文献211