Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Физический образ и математические модели распространения теплоты при сварке

Моделирование любых процессов, сопровождающих сварку, начинается с построения физического образа [1]. Разработано достаточно большое количество физических и метаматематических моделей при сварке и наплавке [2]. Обращает на себя внимание такой факт, что, к настоящему времени, обобщенного физического образа сварочного процесса в отечественной и зарубежной литературе детально не сформулировано.

Сегодня в этом, видимо, нет практической необходимости, что объяснимо, т.к. сварка – очень сложный, с физической точки зрения, технологический процесс, для которого характерно наличие мощных потоков тепла и вещества. Одновременное существование твердой и жидкой фаз, кристаллизации, гидродинамических течений, протекания различных физико-химических реакций. Поэтому, исходя из цели исследования, определяется исследуемое явление, и разрабатываются соответствующие физические и математические модели.

Определяющую роль в сварке играет теплообмен, который формирует протекание физико-химических, диффузионных, гидродинамических процессов.

Форма сварочной ванны, а значит, объем и теплосодержание характеризуется ее длиной, шириной, толщиной и глубиной проплавления основного металла. Ванна ограничивается изотермической поверхностью, имеющей температуру плавления основного металла. Предполагается, что на свойства сварного соединения и зоны термовлияния влияет только мощность сварочной дуги, шлаковой ванны, лазерного или электронного луча и т.д.

В известных физических образах и математических моделях теплового процесса сварки и наплавки [2] не рассматривается, какое влияние на околошовную зону оказывают потоки теплоты от объема (массы) металла сварочной ванны, хотя изучается влияние скрытой теплоты плавления на тепловое состояние основного металла около линии сплавления сварного шва.

Максимальная плотность теплового потока, вводимая в изделие, меняется в зависимости от способа сварки (наплавки) от 0,4×105 до 3,5 ×105 Вт/м2 [2]. На перегрев сварочной ванны может расходоваться от 0,5 до 10 % общей выделенной тепловой энергии [3]. После прохождения дуги (источника теплоты) эта часть тепловой энергии продолжает оказывать влияние на зону термовлияния. Объем сварочной ванны в зависимости от способа и режима сварки или наплавки меняется от 0,1 до 40 см3 у ручной дуговой, полуавтоматической, автоматической сварки (наплавки) и может на порядки превышать эти значения при электрошлаковой сварке (ЭШС). Например, объем металлической ванны при ЭШС плавящимся мундштуком колонн пресса усилием 30 000 тонн превышал 1800 см3 [1]. Количество тепла, поступающего от металлической ванны в изделие при ЭШС, достигает 25% от выделившегося [3]. Поэтому, в сравнении с другими способами сварки (наплавки), ее влияние на структуру и свойства зоны термовлияния при ЭШС должно быть более значительным.

Математическую модель процесса нагрева свариваемой детали при ЭШС с учетом влияния сварочной ванны можно представить следующим образом. По поверхности (границе) полубесконечного тела вдоль оси Х с заданной постоянной скоростью движется полосовой источник теплоты (рис. 1).

231

Рисунок .1 ,2 – Полосовой источник теплоты

Характер распределения мощности источника по полосе нагрева (плотность) и его мощность можно задать. Вид граничного условия вне источника теплоты (второе, третье краевые условия, теплоизоляция и т.д.) выбираются в зависимости от исходного физического процесса. В случае ЭШС задача симметрична относительно оси Z, поэтому целесообразно решать двумерную задачу в плоскости XZ (рис. 2). Если на оси ОХ зафиксировать точку x , то график распределения температуры в этой точке по времени будет выглядеть так, как показано на рис.3, где максимальная температура достигается в момент прохождения источника теплоты, затем температура постепенно убывает.

Температура любой точки тела представляет собой функцию от времени; при этом, чем ближе к границе (к поверхности теплоты), тем выше температура, которая достигает максимума на границе в момент прохождения источника теплоты. При моделировании скорость убывания этой температуры существенным образом зависит от вида граничного условия, а также от массы расплавленного металла в теле.

Исходная задача распадается на две, которые можно решать параллельно: 1) о распространении теплоты от подвижного источника тепла до прохождения его через заданную точку, и 2) о распространении теплоты после прохождения источника теплоты через заданную точку. При решении второй задачи необходимо задать начальное распределение теплоты в теле, и граничное условие - температуру на границе y = 0 как функцию времени.

В этой постановке задача становится одномерной – необходимо рассматривать только некоторое сечение вдаль оси ОХ, следовательно, задать начальное распределение температуры и граничное условие в нуле как функцию времени.

Необходимо отметить, что начальное распределение температуры может сильно меняться на границе жидкий - твердый металл.

Одномерную задачу целесообразно разбить на две подзадачи: отдельно исследовать влияние начального (1) и граничного условий (2).

232

233

234

Таким образом, расчеты показывают, что в расчетах при сварке необходимо учитывать тепловое воздействие сварочной ванны на зону термического влияния.

 

Литература

  1. В.В.Яковлев, С.М.Шанчуров, И.В.Першин. Вычислительный эксперимент при изучении сварочных процессов. Автоматизация и современные технологии. 2007, № 8. С. 16 – 20.
  2. Б.М.Березовский. Математические модели дуговой сварки. В 4-х томах. - Челябинск. Изд - во Ю-УрГУ, 2003 – 560 с.
  3. Электрошлаковая сварка и наплавка / Под ред. Б.Е.Патона, - М.: Машиностроение, 1980.- С.511.
  4. А.Д. Полянин. Справочник по линейным уравнением математической физики. – М.: Физматлит, 2001. – 480 с.
  5. G.I. Shishkin, L.P. Shishkina. Difference Methods for Singular Perturbation Problems. Vol. 140 of Chapman & HallZCRC Monographs and Surveys in Pure and Applied Mathematics. CRC Press, Boca Raton, 2009. – 600 р.
  6. Н.Н. Рыкалин, И.В. Зуев, А.А. Углов. Основы электронно-лучевой обработки материалов – М.: Машиностроение, 1978,- С.239.
  7. Н.Н.Рыкалин. Тепловые процессы при сварке-М., Машгиз, 1951,- С.196.
  8. В.С. Чиркин. Теплофизические свойства материалов ядерной техники (справочник). М., Атомиздат, 1968.- С.484.

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.