Выбор модели источника теплоты
Стр 1 из 3Следующая ⇒ ВВЕДЕНИЕ
Курсовая работа по дисциплине “Теория сварочных процессов” выполняется с целью закрепления теоретических знаний, полученных на лекционном курсе, приобретения навыков выполнения расчетов температурного поля, размеров зон термического влияния с помощью персонального компьютера, исследования зависимости температурного поля от конструкции сварочного соединения, теплофизических характеристик свариваемых материалов и технологических параметров сварки. Температурное поле является основой для определения термического цикла нагрева и охлаждения, времени пребывания металла при температуре выше определенного значения. С температурным полем связаны сварочные деформации и остаточные напряжения, закалка наплавленного и основного металла. Расчет температурного поля является сложной и трудоемкой работой связанной с выполнением большого объема расчетов. Поэтому предусмотрено обязательное применение персонального компьютера. В то же время расчет температуры нескольких точек должен быть предварительно выполнен вручную. Это позволяет усвоить расчетные формулы. В работе делается не только метод аналитического определения температурного поля, но и описание экспериментального метода исследования температурного поля.
Организация выполнения курсовой работы Курсовая работа выполняется в шестом семестре по материалам лекций и рекомендуемой литературы. Курсовая работа состоит из пояснительной записки и одного листа графической работы. В пояснительной записке приводятся теоретические положения к расчету температурного поля, термического цикла, расчетная схема, предварительные расчеты, распечатка решения на персональном компьютере.
Графическая часть включает в себя зависимости приращения температурного поля в схеме, кривые термического цикла. Предлагается следующий порядок выполнения работы: · по предложенному способу сварки, схеме сварного соединения выбрать модель нагреваемого тела и источника теплоты; · определить теплофизические характеристики свариваемых материалов; · рассчитать температуру нескольких точек и представить расчет на · рассчитать температурное поле с применением персонального компьютера построить изотермы; · построить кривые термического цикла, определить его параметры; · построить схему зон термического влияния.
2. Темы курсовой работы и выбор вариантов Задание на курсовую работу выдаётся студенту индивидуально. Варианты задания приведены в приложении 1.
Основные теоретические положения к расчету Температурного, поля Большинство применяемых способов сварки выполняются с применением концентрированного источника теплоты, подводимого в зону сварки. Введенная в зону сварки теплота передается за счет теплопроводности в основной металл или уходит за счет теплоотдачи в окружающую среду. Прилегающая непосредственно к сварному шву зона основного металла(зона термического влияния) нагревается до высокой температуры, в нем протекают фазовые превращения, изменяется структура и механические свойства. При охлаждении со скоростью, превышающей критическую скорость, происходит закалка стали, сталь приобретает нежелательную хрупкость и могут образовываться трещины. С нагревом и охлаждением металла связаны также объемные изменения, появление напряжений и деформаций.
Схемы нагреваемого тела и источников теплоты
При определении температурного поля принимаются расчетные схемы изделии, учитывающие их формы и размеры, а также модели источников теплоты.
При сварке массивных деталей применяется схема полубесконечного тела, у которого имеется неограниченная протяженность по всем трем направлениям: X, Y, Z. Полубесконечное тело представляет собой массивное тело с одной ограничивающей плоскостью Z=0. Остальные поверхности находятся на значительном удалении и не влияют на распространение теплоты.
Бесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями Z=0 и Z=δ. При использовании этой схемы всегда предполагают, что температура по толщине листа равномерна, а теплота может распространяться только в плоскости с координатными осями X и Y. Полубесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями Z=0, Z=δ и плоскостью Y=0. Остальные условия те же, что и у бесконечной пластины. Плоский слой представляет собой пластину, у которой температура точек тела по толщине неравномерна. Эту схему принимают при толщинах больших, чем по модели пластины и меньших, чем по модели полубесконечное тело. Бесконечный и полубесконечный стержни представляют собой тела с прямолинейной или криволинейной осью; температура в пределах поперечного сечения стержня равномерна.
Учет краевых условий
При расчете температурного поля тел, имеющих ограниченные размеры, необходимо принимать во внимание граничные условия, которые учитывают теплообмен между окружающей средой и телом. Различаются следующие краевые условия: изотермические, адиабатические и теплообмен с окружающей средой с постоянной температурой. Теплообмен с окружающей средой оценивается коэффициентом теплоотдачи. Расчет температурного поля с краевыми условиями выполняется с применением метода наложения, фиктивных источников и стоков теплоты. Метод наложения заключается в суммировании температур в рассматреваемой точке от разных источников теплоты. В случае сварки стыкового соединения однослойным швом со сквозным проплавлением предполагается, что прогрев разделки кромок осуществляется равномерно на всю толщину пластины. Во время сварки нахлесточного соединения дуга прогревает торец верхней пластины на всю толщину, а в тавровом соединении сварка выполняется со сквозным проваром, и нагрев верхней пластины также равномерный на всю толщину.
При расчете температурного поля нахлесточного и таврового соединений нижняя пластина нагревается только с одной стороны, прогрев по толщине листа неравномерный.
Нагрев свариваемых деталей осуществляется эффективной тепловой мощностью, составляющей часть мощности сварочной дуги. Эффективная тепловая мощность определяется по параметрам сварочной дуги. где q – эффективная тепловая мощность, Вт; η – эффективный коэффициент полезного действия (КПД) сварочной дуги (табл. 4.1); U – напряжение дуги, В; I – сварочный ток, А.
Таблица 4.1 Значения КПД различных способов сварки
Эффективная тепловая мощность распределяется между свариваемыми деталями. Для деталей различных толщин эффективная тепловая мощность определяется по формулам: - для стыкового соединения - для таврового и нахлесточного соединения где q1 – эффективная тепловая мощность распределения по первой пластине толщиной δ1; q2 – эффективная тепловая мощность распределения по второй пластине толщиной δ2; Значение теплофизических коэффициентов для расчетных температур представлены в таблице 4.2. Таблица 4.2 Теплофизические характеристики свариваемых материалов
где Тср – средняя температура, теплофизические характеристики которой приняты для расчета температурного поля;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(см×К); Сρ – объемная теплоемкость, Дж/(см3×К); a – коэффициент температуропроводности, см2/с.
Таблица 4.3 Коэффициент полной поверхностной теплоотдачи.
По коэффициенту полной поверхностной теплоотдачи α (табл. 4.3) определяем коэффициент температуроотдачи, который вычисляется для пластины и плоского слоя по формуле: где b – коэффициент температуроотдачи, 1/с; d – толщина рассчитываемой пластины, плоского слоя, см; α – коэффициент полной поверхностной теплоотдачи, Вт/(см2×К).
Выбор модели источника теплоты
Для выбора модели источника теплоты необходимо найти критическую скорость перемещения дуги: где l – коэффициент теплопроводности, Вт/(см×К); Тпл – температура плавления, К; Т0 – начальная температура, К; сρ – коэффициент объемной теплоемкости, Дж/(см3×К); q1 – максимальная эффективная тепловая мощность для первой пластины, Вт. Если скорость сварки больше критической, то принимается модель быстродвижущегося источника, если меньше – движущегося. Аналогично рассчитывается Vкр для второй пластины с учетом максимальной эффективной тепловой мощности второй пластины – q2. Для определения схемы нагреваемого тела необходимо найти максимальную температуру на тыльной стороне пластины: где q1 – эффективная тепловая мощность для первой пластины, Вт; V – скорость сварки, см/с; Ср – коэффициент объемной теплоемкости, Дж/(см3×К); d1 – толщина пластины, см. Расчеты проводятся для обеих пластин. Если T0 + 200 < Tmax < Tпл - 200, то принимается расчетная схема точечного источника на поверхности плоского слоя. Если Tmax ≥ Tпл- 200, то принимается схема линейного источника. Если Tmax ≤ T0 + 200, то принимается схема точечного источника на поверхности полубесконечного тела. Сделать вывод о принятых расчетных схемах и моделях для обеих пластин.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|