对于ansys的辐射和相变对焊接温度场的影响研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第l期(总第170期)机械工程与自动化No．12012年2月MECHANICALENGINEERING&AUT()MATI()NFeb．文章编号：1672·6413(2012)01—0060．03基于ANSYS的辐射和相变对焊接温度场的影响研究杨建奎，江克斌，翟可为(解放军理2-大学工程兵工程学院．江苏南京210007)摘要：为研究辐射和相变对焊接温度场的影响．利用有限元分析软件ANSYS的热分析功能．以T1G平板对焊为例．采用高斯热源．分别对考虑辐射和相变影响、只考虑辐射而

2、忽略相变影响、同时忽略辐射和相变影响的3种情况进行计算。并得出结论：相变对温度最大值和温度梯度的影响都很大．在进行计算时不应被忽略；辐射散热对温度最大值和温度梯度的影响有限。为节约计算时间．可以忽略。关键词：焊接温度场；ANSYS,辐射；相变中圈分类号：TG44：TP31文献标识码：A本文以TIG平板对焊为例，定量考虑辐射和相常数，约为5．67×10w／(m。·K)。变对焊接温度场的影响。2相变l辐射系统能量的变化可能导致物质的原子结构发生的焊件的边界与周围介质的换热，包括对流和辐改变称为相变。焊接过程中存在两

3、类相变问题：一类射。辐射是通过电磁波进行热传递，热辐射的电磁波是固态相变，即材料金相组织的转变；另一类是固液波长为0．1m～100m，包括超微波、所有肉眼可相变，即材料的融化和凝固。材料在发生相变时，会见的波和长波。热辐射不需介质即可进行热传递，并吸收或释放一定的热能，所以在计算焊接温度场时，且在真空中效率最高。实验表明，当表面温度不超过应考虑相变潜热问题，否则计算结果会有较大的偏200℃～300℃时，大部分热量是经过对流释放的，差。由于固态相变潜热一般比固液相变潜热小得多，在较高温度时，则经由辐射换热释放。通

4、常可以将其忽略。为便于计算，可将对流换热系数与辐射换热系数在ANSYS中，通过引入焓(ENTH)的概念来相加，以对流换热的形式计算总的换热。这样，因边计算相变潜热，将焓作为材料属性定义，通过温度来界换热而损失的热能可以表示为：区分相。其定义为：q一(T—)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)H—(T)dt。／9=+。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)其中：H为焓值；』D为焊接试件密度；c(T)为随温其中：了、为焊件表面温度；T口为周围介质温度；卢为综度变化的比热容。合换热系数；为辐射换热系数，惩为对流换热系数。焓曲线根据

5、温度可以分为3个区：在固体温度在传热学理论中，辐射换热热流密度为：以下，物质为纯固体；在固体温度与液体温度qd-~E(T+273)一(丁a+273)]。⋯⋯(3)所以：T之间，物质处于相变区；在液体温度T2以上，物卢E—e[(T+273)+(L+273)]×[(丁+质为纯液体。焓值的具体计算方法为：273)+(T口+273)]。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)(1)在固体温度以下(T

6、表面e=0．6t0．95，金其中：为固体比热容；To为焊件初始温度。属达到熔点时￡一0．9～O．95；口为斯忒藩一玻尔兹曼(2)在固体温度时(T—T)：收稿日期；2011—09—27}修回日期：2011一10—17作者简介：杨建奎(1986一)，男，山西太原人，在读硕士研究生，研究方向：军用固定桥设计。学兔兔www.xuetutu.com2012年第1期杨建奎。等：基于ANSYS的辐射和相变对焊接温度场的影响研究·61·H一(～To)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)在ANSYS中，把随温度变化的对流换热系数和(3)在

7、固体和液体温度之间(相变区域，

8、(T—)：鼻＼／H，一H+fc，f(7—)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯(10)>／(5)超过液体温度时(，>Tt)：／H===H，+pcz(T—T，)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11)／／0，，一一一一。3计算实例05oo1000l5o020002500平板对接焊，焊件尺寸为100mm×100mmx0／℃4mm，焊件几何形状如图1所示。焊缝位于焊件的图3综合散热系数和对流散热系数随温度的变化曲线xy平面中心线