TIG焊接熔池的耦合场数值模拟与有限差分法

"基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟 (2011年)" 本文主要探讨了在TIG（钨极惰性气体保护电弧焊）焊接过程中，焊接熔池内流场与温度场的耦合现象，并通过数值模拟方法进行了深入研究。针对这一主题，作者建立了一个三维瞬态控制方程，该方程描述了焊件液体区域（熔池）中的温度、速度和压力变量与固体区域的温度变量之间的强耦合关系。同时，他们设定了相应的初始条件和边界条件。 在解决这个复杂的数学模型时，作者采用了有限差分法，这是一种常见的数值分析方法，用于将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组。此外，他们还结合了牛顿迭代法和超松弛方法，以提高求解效率和收敛性。这些数值方法的应用使得对0Cr18Ni9不锈钢薄板TIG焊接熔池的流场和温度场的模拟成为可能。 数值模拟的结果证实了所建立的数学模型以及采用的数值方法的准确性。这种模拟不仅可以验证理论模型，还可以为TIG焊接熔池的数值模拟提供实际操作中的理论依据和数据支持。对于那些类似的实际问题，如焊接过程中的热流体动力学分析，这种数值模拟技术也具有很高的实用价值。 在TIG焊接熔池的研究历史中，早期的研究主要集中在二维准稳态热传导模型上，随着时间的推移，随着流体动力学的进步，研究逐渐发展到包括流场的瞬态模型。然而，实际的TIG焊接过程中，电弧的运动特性使得焊接热过程和熔池内的流体流动与固定电弧的情况有所不同。因此，建立考虑电弧运动的三维瞬态模型对于理解和优化焊接过程至关重要。 通过改变母材材料、尺寸、焊接材料和焊接规范参数，可以利用这种模型预测不同条件下的熔池行为，减少甚至避免大量的实验工作，节约成本。这使得数值模拟在理论研究和工程实践中都具有重要的地位，尤其在焊接工艺优化、熔池行为预测等方面，其应用前景非常广泛。 这篇论文详细介绍了基于有限差分法的焊接熔池耦合场数值模拟方法，为TIG焊接领域的研究提供了新的工具和理论基础，对于提高焊接质量和效率，降低生产成本具有显著的意义。