中厚板非对称角根焊温度场及应力场的数值模拟与分析的开题报告.docx

中厚板非对称角根焊温度场及应力场的数值模拟与分析的开题报告
一、选题背景
中厚板非对称角根焊是一种常用的工艺，它主要用于连接不同型号或不同壁厚的金属结构，例如船舶、桥梁和建筑等领域。在该工艺中，由于焊接过程中局部易产生高温、高热流和高应变等情况，因此可能会引起焊接区域的形变、裂纹和变形等问题。因此，研究中厚板非对称角根焊的温度场和应力场变化规律是非常必要的。
二、研究内容
本次研究将基于有限元数值模拟方法，对中厚板非对称角根焊的温度场和应力场进行分析。具体研究内容如下：
1.对所选中厚板进行材料学性质参数的获取，如热膨胀系数、热导率、比热等参数。
2.采用ANSYS软件，建立中厚板非对称角根焊的三维有限元模型，并在其中添加相应的边界条件。
3.进行焊接时的温度场数值模拟，反映出焊接时各个时间点的温度分布情况。
4.根据温度分布情况，进一步计算出非对称角根焊过程中产生的应力场，并分析产生应力的原因。
5.最后，对分析得到的温度场和应力场进行综合评价，探讨中厚板非对称角根焊的变形和裂纹等问题。
三、研究意义
中厚板非对称角根焊广泛应用于诸多领域，如船舶、桥梁和建筑等，而焊接过程中的变形和裂纹常常会对产品质量和使用寿命产生负面影响。因此，对中厚板非对称角根焊的温度场和应力场进行研究，能够帮助理解焊接过程中如何控制应力和变形，提升产品质量和可靠度。此外，本次研究结果也可为相关企业提供理论参考，为实际生产中的焊接工艺问题提供解决思路。
四、研究方法和步骤
本次研究将采用有限元数值模拟方法，具体步骤如下：
1.材料学性质参数的获取：通过实验或文献资料获取所选材料的相关性质参数。
2.建立非对称角根焊的三维有限元模型：通过ANSYS软件建立非对称角根焊的三维有限元模型，并设置相应的边界条件。
3.焊接时的温度场数值模拟：通过ANSYS软件进行温度场数值模拟，并反映出焊接过程中各个时间点的温度分布情况。
4.应力场数值模拟：根据温度分布情况，通过ANSYS软件计算出非对称角根焊过程中产生的应力场。
5.温度场和应力场的综合分析：对分析得到的温度场和应力场进行综合分析和评价，并探讨中厚板非对称角根焊的变形和裂纹等问题。
五、研究预期成果
通过对中厚板非对称角根焊的温度场和应力场进行数值模拟和分析，本次研究将得出以下预期成果：
1.反映出焊接过程中的温度分布情况，为焊接过程的控制提供依据。
2.计算出非对称角根焊过程中产生的应力场，对产生应力的原因进行分析。
3.对分析得到的温度场和应力场进行综合分析和评价，探讨中厚板非对称角根焊的变形和裂纹等问题。
4.为相关企业提供有关中厚板非对称角根焊的焊接工艺问题解决思路，提升产品质量和可靠度。
六、研究难点
1.非对称角根焊的三维有限元模型建立：非对称角根焊结构的非对称性和较大的角度均会导致有限元模型的构建和计算量大大增加。
2.焊接过程中的温度场计算：焊接过程中温度的变化受到多种因素影响，如热源的大小、焊接材料的种类和厚度等，这些因素将会影响计算结果的准确性。
3.应力场的计算：应力分布的计算方法和模型类型不同，计算结果也存在差异，如何选择合适的模型以及计算方法是本次研究的难点。
七、研究计划
时间节点计划内容
2021年3月-2021年5月1.确定研究方向，收集所需文献和数据；2.建立中厚板非对称角根焊的三维有限元模型。
2021年6月-2021年9月1.进行焊接时的温度场数值模拟，反映出焊接时各个时间点的温度分布情况；2.根据温度分布情况，进一步计算出非对称角根焊过程中产生的应力场，并分析产生应力的原因。
2021年10月-2022年1月对分析得到的温度场和应力场进行综合分析和评价，探讨中厚板非对称角根焊的变形和裂纹等问题。
2022年2月-2022年4月撰写论文并进行论文答辩。
八、参考文献
1.田姝伶,黄凯,何志春.非对称角根焊的变形预测方法[J].焊管,2010,33(3):67-70.
2.曹钦春,丁彬,陈虎.数值模拟在厚板异型件角根焊缝的应力分析中的应用[J].焊管,2011,34(6):77-81.
3.张红伟,王红卫,罗军.中厚板非对称角焊接过程中焊接变形的数值模拟[J].机械制造,2014(12):222-225.
4.陈伟,陈志鹏,何应来,卢显祥.新型非对称角根焊加工工艺的数值分析[J].焊管,2018,41(1):27-31.