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内容简介

　　焊接是一个涉及电弧物理、传质传热、力学、冶金与材料学等多物理场耦合的复杂过程，影响因素繁多。随着计算机科技的快速发展，焊接数值模拟技术得到了越来越广泛的关注和应用。
　　《焊接过程的数值模拟》以“理论介绍一数值模拟实现方法一具体应用案例”为主线，结合通用数值模拟软件及实用的算例，对多种常见焊接方法及焊接过程中涉及的热、力、微组织相变、电弧及溶池流体等诸多物理过程给出了数值模拟实现方法。
　　《焊接过程的数值模拟》理论讲解详细深入，实例内容丰富、可操作性强，可作为高等院校焊接技术与工程及其相关专业本科生及研究生学习焊接数值模拟技术和相关软件的教材，也可供广大焊接工程技术人员学习和参考。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 焊接物理过程的复杂性
1．2 数值模拟的基本概念与步骤
1．3 数值方法与数值模拟软件
1．4 焊接数值模拟的内容
1．5 焊接数值模拟的意义与发展概况

第2章 焊接物理过程基础
2．1 焊接热过程
2．1．1 常用焊接热源及热效率
2．1．2 焊接热源模型
2．1．3 焊接温度场及传热定律
2．2 焊接应力与材料力学本构
2．2．1 焊接残余应力的产生
2．2．2 材料的率无关弹塑性本构
2．3 接头热影响区微观组织演化
2．3．1 接头微观组织演化简介
2．3．2 相变描述方法
2．3．3 相变模型
2．4 焊接电弧与焊接熔池
2．4．1 焊接电弧
2．4．2 焊接熔池

第3章 有限元软件基础
3．1 Abaqus软件基础
3．1．1 Abaqus软件简介
3．1．2 Abaqus帮助文档
3．2 Abaqus的初步使用
3．2．1 Abaqus分析的基本步骤
3．2．2 Abaqus／CAE简介
3．2．3 Abaqus／CAE的功能模块
3．3 Abaqus中的单位体制
3．4 Abaqus中的单元
3．4．1 单元的分类
3．4．2 单元的表征与命名
3．4．3 单元的选择
3．5 Abaqus的主要文件类型
3．6．inp文件
3．6．1．inp文件的组成
3．6．2．inp文件的结构
3．6．3．inp文件的语法格式
3．6．4．inp文件的修改
3．6．5．inp文件的执行
3．7 Abaqus用户子程序文件
3．7．1 Abaqus用户子程序
3．7．2 用户子程序的编写
3．7．3 用户子程序的执行
3．8 ANSYSFluent软件简介
3．9 nuent计算流程
3．1 0nuent的初步使用
3．1 0．1 Fluent的启动与主界面
3．1 0．2 Fluent读入与检查网格
3．1 0．3 物理模型的选择
3．1 0．4 材料属性设置
3．1 0．5 相的设定
3．1 0．6 计算域条件设定
3．1 0．7 边界条件设定
3．1 0．8 动网格设置
3．1 0．9 参考值设置
3．1 0．1 0求解器算法设置
3．1 0．1 1求解参数设置
3．1 0．1 2求解监视窗口设置
3．1 0．1 3初始化设置
3．1 0．1 4运算设置
3．1 0．1 5运行计算设置
3．1 0．1 6结果设置
3．1 1Fluent用户自定义程序
3．1 1．1 UDF概述
3．1 1．2 Fluent中的网格拓扑
3．1 1．3 UDF中的自定义函数
3．1 1．4 编译与加载UDF
3．1 2用户自定义内存变量
3．1 3用户自定义标量

第4章 焊接热力模拟一一热弹塑性法
4．1 热弹塑性法的基本假设
4．2 热源参数及材料性能参数
4．3 模拟过程中需要注意的问题
4．3．1 热力耦合方式的选取
4．3．2 热源模型的选择与校核
4．3．3 有限元网格大小的选取
4．4 电弧焊接热力耦合综合实例
4．4．1 问题描述
4．4．2 问题分析
4．4．3 Abaqus／CAE温度场分析过程
4．4．4．Abaqus／CAE应力场模拟分析过程

第5章 焊接热力模拟一一固有应变法
5．1 固有应变法的基本理论
5．1．1 固有应变的基本概念
5．1．2 固有应变法与热弹塑性法的关系
5．1．3 固有应变法的解析计算
5．1．4 固有应变法的有限元计算
5．2 固有应变参数的确定
5．2．1 纵向固有应变系数的确定
5．2．2 横向固有应变系数的确定
5．3 固有应变的施加区域
5．4 多道焊的固有应变
5．5 T形接头的纵向固有应变
5．6 固有应变法平板堆焊综合实例
5．6．1 问题描述
5．6．2 问题分析
5．6．3 Abaqus／CAE分析过程

第6章 特种焊的数值模拟
6．1 点焊过程的数值模拟
6．1．1 电阻点焊过程的特点
6．1．2 点焊数值模拟分析方法的演化过程
6．2 点焊热．力．电耦合模拟综合实例
6．2．1 问题描述
6．2．2 问题分析
6．2．3 Abaqus热．力．电耦合分析过程
6．3 搅拌摩擦焊的数值模拟
6．3．1 搅拌摩擦焊简介
6．3．2 搅拌摩擦焊的数值模拟方法
6．4 搅拌摩擦焊动力学模拟实例
6．4．1 问题描述
6．4．2 问题分析
6．4．3 搅拌摩擦焊动力学分析过程

第7章 焊接热影响区组织模拟
7．1 焊接热影响区组织转变与Mbldy模型
7．2 低合金钢焊接热影响区组织演变模拟实例
7．2．1 问题描述
7．2．2 问题分析与思路
7．2．3 子程序编制要点
7．2．4 焊接热影响区相变模拟具体过程

第8章 焊接电弧及熔池的流体力学模拟
8．1 焊接电弧的流体力学模拟
8．1．1 电弧等离子体的特点与基本假设
8．1．2 电弧控制方湲
8．2 TIG焊电弧流体力学模拟综合实例
8．2．1 问题描述
8．2．2 问题分析
8．2．3 TIG焊电弧流体力学模拟过程
8．3 焊接熔池的流体力学模拟
8．3．1 焊接熔池的流体特点与基本假设
8．3．2 焊接熔池控制方程
8．4 等离子．MIG复合焊熔池流体力学模拟实例
8．4．1 问题描述
8．4．2 问题分析
8．4．3 复合焊接电弧．熔池流体力学模拟过程

附录
参考文献

前言/序言

　　人类利用焊接技术已有上千年的历史，然而对焊接过程的科学认识仍在孜孜探索。焊接方法多种多样，焊接过程又是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学行为的复杂过程。单纯依靠理论研究或实践实验，有时很难对焊接过程涉及的物理现象进行定量的、科学的认识和把握。随着计算机软硬件技术的发展，数值模拟技术已经渗透到焊接的各个研究领域，在航空航天、军工、能源、交通等领域，关键部件焊接过程仿真技术的实现，对优化工艺过程、提高产品质量和消除安全隐患起着日益重要，甚至不可替代的作用。
　　时至今日，焊接数值模拟技术虽已发展多年，有了长足进步，但是对于大多数初学者而言，仍显得门槛过高。本书从多个侧面对复杂的焊接过程进行分解，并附以基础实例分析，力求使广大焊接专业的学生和从业者从中受益。
　　由于篇幅所限，本书不求、也无法包括焊接数值模拟的所有领域，仅就焊接过程的几个最基本的方面，在有限元数值模拟范畴内进行探讨；旨在为读者提供焊接数值模拟领域最基本的认识，使读者掌握基本的技能，并能通过计算软件解决焊接工作中的实际问题。
　　全书共8章，第1章简要介绍焊接物理过程的特点及焊接数值模拟的基本方法、内容及意义。第2章系统阐述焊接过程中涉及的几大物理过程及其数学描述，为焊接过程的数值模拟打下理论基础。第3章介绍应用数值模拟软件进行焊接过程模拟的基本步骤与基础操作。第4～8章为具体应用案例。其中第4章介绍焊接热力模拟过程中的热弹塑性法及其应用，对电弧焊接温度场、应力场及焊后变形的模拟计算给出了详细的说明。第5章介绍焊接固有应变法的基本原理、有限元数值模拟实现方法及典型案例。第6章介绍两种常用的特种焊——电阻点焊与搅拌摩擦焊的数值模拟方法。第7章介绍焊接热影响区组织相变的有限元模拟方法。第8章介绍焊接电弧及熔池的流体力学模拟。
　　本书选取典型案例，并对各焊接过程的数值模拟配以相关程序和操作过程的详细说明，读者可自行练习。在编写本书的过程中，作者引用和借鉴了部分专家学者的书籍、论文及一些研究生的工作内容，在此一并表示感谢。同时，感谢国家自然科学基金项目资助（项目编号：51105049）和国家留学基金资助（项目编号：201508210032），以及深圳国家超算中心提供软硬件平台。
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