有关焊接多物理场耦合数值模拟的研究进展与发展动向

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1、学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com第十六次全国焊接学术会议论文倦掳过热状态．熔滴向熔池传输部分热量：由于熔滴以一定小孔的半径l8]。但是，该模型~4,TL预先假设为圆柱的速度过渡到熔池，也将部分动量(冲击力)作用于熔形．忽略了从小孔喷射出的气流和激光光致等离子体池。因此，熔滴过渡对焊接热过程和熔池形态有重要影的压力，根据二维稳态热传导方程计算熔池外部固体响。为了提高焊接热过程和熔池形态的数值模拟精度，中的传热，将4,TL内

2、部的能量密度分布按高斯分布处必须对熔滴过渡过程本身进行数值分析。目前，国内外理。主要采用流体动力学理论和“质量一弹簧”模型等对上述的激光焊模型，预先假定／I,~L的形状，把熔池GMAW焊接熔滴过渡动态过程进行数值分析。和小孔孤立起来。这是因为不管是熔池区域，还是小孔Haidar等人建立了滴状过渡及射流过渡的动态模内部．涉及的物理过程都非常复杂。Solana等人通过设型，利用VOF算法对熔滴过渡进行了模拟。但这类定合适的能量与压力平衡条件确定小孔和熔池的形流体动力学模型复杂，计算时间比较长。Jae等人利用状，但只能针对半无限大体预测

3、未熔透时的小孔深“质量一弹簧”模型分析了连续电流条件下熔滴的振荡，度：忽略了小孔的流体动力学状态和液体的熔化热但只是分析了单个熔滴的位移随时间的变化，并假定焓：认为在小孔轴向上温度梯度恒定l】。Sudnik和Radaj熔滴起始阶段是不振荡的口。Jones将熔滴看作形状复等人将小孔、熔池和熔池外部的固体作为非线性热力杂的椭球．建立了熔滴过渡的动态模型，并在计算过程学连续体，根据金属的沸点确定小孔表面的初始估计中引入弹簧力和阻尼力对熔滴进行受力分析[1。值；基于／bEL壁上存在的压力平衡条件确定准确的小山东大学在熔滴过渡的数值分析方面

4、．开展了两孔表面形貌；根据熔化开始和熔化结束时的热焓，确方面的研究：定固液界面12oi。但是．模型只能处理未熔透(盲孔)和准(1)以流体动力学、电磁理论及VOF方法为基稳态的情况。Pecharapa等人基于准稳态激光焊时的础，考虑电磁收缩力、表面张力、等离子流力的影响，建Stefan条件．在过分简化的情况下．给出了确定固一液界立了GMAW焊接熔滴过渡动态过程的数值分析模型面和液一气界面(小孔壁)的简易公式l2。美同俄亥俄州13立大学Farson小组研究了激光束固定不动时小孔的形。利用建立的模型模拟了熔滴的形成、长大及脱离过程。计算

5、了焊接电流对过渡熔滴尺寸及频率的影响，计成过程及其稳定性，但／J'TL也是盲孔(未熔透)。算结果与试验结果吻合较好。计算了不同阶段熔滴中山东大学课题组为合理描述激光能量在4,TL内的的流场．并利用计算的流场分析了熔滴的脱离机制。分布特征，采用光线追踪法处理光线在4,TL内的多次(2)利用“质量一弹簧”模型建立了适合于熔滴过反射和孑L壁的Fresnel吸收．对线热源小孔模型做出了渡的解析模型，分别对连续电流和脉冲电流条件下的改进[。熔滴过渡进行了动态模拟[14-15]。1_7激光+GMAW电弧复合焊接热过程的数值模拟1．6激光焊接熔

6、池的数值分析作为两种焊接工艺的有机结合体，复合热源焊内随着激光焊技术在制造业的大量应用，通过数部物理机制相对于单种焊接工艺更加复杂。它不仅涉值模拟对激光焊工艺进行优化设计．显得越来越重及电学、传热学和力学，还牵涉到光学，而且电弧、激光要。在激光焊接小孔和熔池动态行为的研究方面．已和熔滴三二=者之间的相互作用以及4,TL的存在都对熔池有若干理论模型，但由于涉及的问题极其复杂．这些的动态行为产生重要影响。基于复合焊过程的复杂性理论模型都是在做了不同简化假设的情况下建立起及试验条件的限制性，研究复合焊作机理和优化焊来的。接工艺都需要借助

7、数值模拟技术。Choi和Farson将电Kaplan利用一个从Rosenthal解析解推导而来的弧热和激光热全部视为高斯平面热源．研究了激光+热传导公式，在纵截面上逐点求解能量平衡方程，确定CMAW复合热源焊中激光热输入对于抑制驼峰现的卅／J,TL的前壁和后壁形状。Lankalapalli等人基于二作用[24。模型没有考虑电弧与激光的相互作用．而且研维热传导理论和圆锥形4,-~L的假设，建立了激光焊熔究仅限于复合焊中激光焊为热传导焊的情况。深的估算模型，但忽略了相变潜热的影响，并且只能对Zhou和Tsai利用高斯平面热源和激光焊接

8、小孔未熔透时圆锥状／J,~L的深度做fH估算。Kroos等人根模型组合，通过求解能量方程、动量方程和连续性方程据能量平衡和压力平衡条件研究了圆柱形小孔的稳定并利用VOF法模拟计算了激光+MIG复合热源固定焊性，使得有可能基于小孔表面上的温度和压力来