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第1章 绪论1

1.1焊接物理过程的复杂性1

1.2数值模拟的基本概念与步骤3

1.3数值方法与数值模拟软件4

1.4焊接数值模拟的内容5

1.5焊接数值模拟的意义与发展概况6

第2章 焊接物理过程基础8

2.1焊接热过程8

2.1.1常用焊接热源及热效率9

2.1.2焊接热源模型11

2.1.3焊接温度场及传热定律16

2.2焊接应力与材料力学本构18

2.2.1焊接残余应力的产生18

2.2.2材料的率无关弹塑性本构19

2.3接头热影响区微观组织演化22

2.3.1接头微观组织演化简介22

2.3.2相变描述方法25

2.3.3相变模型26

2.4焊接电弧与焊接熔池30

2.4.1焊接电弧30

2.4.2焊接熔池34

第3章 有限元软件基础37

3.1 Abaqus软件基础37

3.1.1 Abaqus软件简介37

3.1.2 Abaqus帮助文档38

3.2 Abaqus的初步使用39

3.2.1 Abaqus分析的基本步骤39

3.2.2 Abaqus/CAE简介40

3.2.3 Abaqus/CAE的功能模块41

3.3 Abaqus中的单位体制46

3.4 Abaqus中的单元46

3.4.1单元的分类46

3.4.2单元的表征与命名47

3.4.3单元的选择48

3.5 Abaqus的主要文件类型49

3.6.inp文件50

3.6.1.inp文件的组成50

3.6.2.inp文件的结构50

3.6.3.inp文件的语法格式50

3.6.4.inp文件的修改52

3.6.5.inp文件的执行52

3.7 Abaqus用户子程序文件53

3.7.1 Abaqus用户子程序53

3.7.2用户子程序的编写54

3.7.3用户子程序的执行56

3.8 ANSYS Fluent软件简介56

3.9 Fluent计算流程56

3.10 Fluent的初步使用57

3.10.1 Fluent的启动与主界面57

3.10.2 Fluent读入与检查网格59

3.10.3物理模型的选择59

3.10.4材料属性设置59

3.10.5相的设定60

3.10.6计算域条件设定60

3.10.7边界条件设定60

3.10.8 动网格设置61

3.10.9参考值设置61

3.10.10求解器算法设置61

3.10.11求解参数设置62

3.10.12求解监视窗口设置63

3.10.13初始化设置63

3.10.14运算设置63

3.10.15 运行计算设置64

3.10.16结果设置64

3.11 Fluent用户自定义程序64

3.11.1 UDF概述64

3.11.2 Fluent中的网格拓扑65

3.11.3 UDF中的自定义函数65

3.11.4编译与加载UDF67

3.12用户自定义内存变量69

3.13用户自定义标量69

第4章 焊接热力模拟——热弹塑性法72

4.1热弹塑性法的基本假设72

4.2热源参数及材料性能参数72

4.3模拟过程中需要注意的问题73

4.3.1热力耦合方式的选取73

4.3.2热源模型的选择与校核73

4.3.3有限元网格大小的选取76

4.4电弧焊接热力耦合综合实例78

4.4.1问题描述78

4.4.2问题分析78

4.4.3 Abaqus/CAE温度场分析过程79

4.4.4 Abaqus/CAE应力场模拟分析过程89

第5章 焊接热力模拟——固有应变法101

5.1固有应变法的基本理论102

5.1.1固有应变的基本概念102

5.1.2固有应变法与热弹塑性法的关系103

5.1.3固有应变法的解析计算104

5.1.4固有应变法的有限元计算105

5.2固有应变参数的确定106

5.2.1纵向固有应变系数的确定107

5.2.2横向固有应变系数的确定111

5.3固有应变的施加区域111

5.4多道焊的固有应变113

5.5 T形接头的纵向固有应变114

5.6固有应变法平板堆焊综合实例115

5.6.1问题描述115

5.6.2问题分析115

5.6.3 Abaqus/CAE分析过程117

第6章 特种焊的数值模拟125

6.1点焊过程的数值模拟125

6.1.1电阻点焊过程的特点125

6.1.2点焊数值模拟分析方法的演化过程126

6.2点焊热-力-电耦合模拟综合实例127

6.2.1问题描述127

6.2.2问题分析128

6.2.3 Abaqus热-力-电耦合分析过程129

6.3搅拌摩擦焊的数值模拟140

6.3.1搅拌摩擦焊简介140

6.3.2搅拌摩擦焊的数值模拟方法141

6.4搅拌摩擦焊动力学模拟实例145

6.4.1问题描述145

6.4.2问题分析146

6.4.3搅拌摩擦焊动力学分析过程146

第7章 焊接热影响区组织模拟154

7.1焊接热影响区组织转变与Kirkaldy模型154

7.2低合金钢焊接热影响区组织演变模拟实例158

7.2.1问题描述158

7.2.2问题分析与思路159

7.2.3子程序编制要点159

7.2.4焊接热影响区相变模拟具体过程161

第8章 焊接电弧及熔池的流体力学模拟167

8.1焊接电弧的流体力学模拟167

8.1.1电弧等离子体的特点与基本假设167

8.1.2电弧控制方程168

8.2 TIG焊电弧流体力学模拟综合实例170

8.2.1问题描述170

8.2.2问题分析170

8.2.3 TIG焊电弧流体力学模拟过程171

8.3焊接熔池的流体力学模拟182

8.3.1焊接熔池的流体特点与基本假设182

8.3.2焊接熔池控制方程183

8.4等离子-MIG复合焊熔池流体力学模拟实例184

8.4.1问题描述184

8.4.2问题分析185

8.4.3复合焊接电弧-熔池流体力学模拟过程186

附录197

参考文献198