modelarea proceselor de sudare

48
UNIVERSITATEA “DUNAREA DE JOS”, GALATI FACULTATEA DE MECANICA SPECIALIZAREA: INGINERIA SISTEMELOR INTEGRATE DE FABRICATIE MODELAREA SI SIMULAREA PROCESELOR DE SUDARE Profesor indrumator Student Prof. Dr. Ing. Scutelnicu E. Pintilie Cornel ANUL UNIVERSITAR 2013-2014

Upload: barbu-george

Post on 09-Nov-2015

412 views

Category:

Documents


19 download

DESCRIPTION

Modelarea Proceselor de Sudare

TRANSCRIPT

ECUAIILE TRANSFERULUI TERMIC N PROCESELE DE SUDARE

UNIVERSITATEA DUNAREA DE JOS, GALATIFACULTATEA DE MECANICASPECIALIZAREA: INGINERIA SISTEMELOR INTEGRATE DE FABRICATIEModelarea si simularea proceselor de sudareANALIZA CU ELEMENT FINIT IN IMBINARILE ETEROGENE DE TIP OTEL CARBON CUPRU

MODELAREA SI SIMULAREA PROCESELOR DE SUDAREProfesor indrumator Student Prof. Dr. Ing. Scutelnicu E. Pintilie CornelCUPRINS

1. INTRODUCERE..22. PREDICTIA TEMPERATURILOR IN IMBINARILE SUDATE43. ANALIZA CU ELEMENT FINIT A TRANSFERULUI TERMIC IN IMBINARILE SUDATE..114. REZULTATE SI CONCLUZII.195. BIBLIOGRAFIE...286. ANEXECAP.1 INTRODUCERE Sudarea reprezint operaia de realizare a unei mbinri nedemontabile ntre dou sau mai multepiese metalice, utiliznd nclzirea local i/sau presiunea, cu sau fr folosirea unui material de adaos,corespunztor materialelor de mbinat. Metalul sau aliajul supus operatiei de imbinare prin sudare se numeste metal de baza, iar metalul sau aliajul de adaos, sub forma de sarme sau granule, care se topeste in procesul de sudare, se numeste metal de adaos. Topirea metalului de adaos in amestec cu metalul de baza topit formeaza sudura. Calitatea imbinarilor realizate prin sudare si productivitatea procedeelor utilizate sunt direct influentate de procesele termice care intervin in timpul operatiilor de sudare corespunzatoare. Campul termic, la sudare este dependent de cele trei moduri de transfer termic: conductiv,convectiv-manifestandu-se prin pierderile de caldura in atmosfera si prin miscarea fluidului in baia de metal topit-si prin radiatie.

Distributia temperaturilor in imbinarile sudate este influentata de energia liniara a sursei termice, de proprietatile termofizice ale materialului de baza (caldura specifica, conductibilitatea termica, densitatea materialului, difuzivitatea termica) si pierderile de caldura in mediul inconjurator.In procesele termice de sudare variatia continua a temperaturii precum si compoziia chimica influenaeaza in mod diferit mecanismele conductiei termice.

In figura 1.1 este prezentata dependenta conductivitatii termice de temperatura pentru diferite grupe de oteluri. Se observa ca diferentele cauzate de influenta temperaturii asupra conductibilitatii termice a diferitelor clase de oteluri se reduc la cresterea temperaturii, ajungandu-se ca in jurul temperaturii de 800C valoarea acestei caracteristici sa fie de aproximativ 25W/mC. Modificarea conductibilitatii termice peste 900C este legata de transformarea . In mod similar, difuzivitatea termica se inrautateste la cresterea gradului de aliere, iar caldura specifica variaza nesemnificativ functie de proportia elementelor de aliere si starea structurala determinata de un anumit tratament termic.

Fig. 1.1 Influenta temperaturii asupra conductivitatii termice

1-fier tehnic pur; 2-oteluri carbon; 3-oteluri mediu aliate; oteluri inalt aliate

Elementele de aliere au o influienta importanta asupra conductibilitatii termice a otelurilor, dupa cum se observa in fig 1.2. La valori scazute ale proportiei elementelor de aliere, caonductibilitatea termica inregistreaza o scadere brusca, cresterea proportiei acestora diminuand considerabil rata de scadere. Confirmarea acestui aspect este sustinuta de dependenta scazuta a conductibilitatii termice a otelurilor inalt aliate de variaria proportiei elementelor de aliere.

Fig. 1.2 Influienta elementelor de aliere asupra conductivitatii termice

Modificarea starii structurale implica o variatie notabila a conductivitatii termice. In cazul otelurilor, aparitia martensitei afecteaza puternic valoarea acestuia ca urmare a cresterii densitatii defectelor de retea si inserarii suplimentare in reteaua fisierului a atomilor de carbon in timpul transformarii martensitice.

Rezolvarea problemelor de transfer termic specifice construciilor se bazeaz pe cunoaterea legilor fizicii referitoare la schimbul de cldur, stabilite n cadrul teoriei propagrii cldurii.

. Datorit diferenelor de temperatur dintre aer i elementele de construcii are loc transferul cldurii prin conducie, convecie i radiaie.a. Transferul cldurii prin conducie const n transmisia cldurii dintr-o regiune cu temperatur mai ridicat ctre o regiune cu temperatur mai sczut, n interiorul unui mediu solid, lichid sau gazos, sau ntre medii diferite n contact fizic direct, sub influena unei diferene de temperatur, fr existena unei deplasri aparente a particulelor care alctuiesc mediile respective.b. Transferul termic prin convecie reprezint procesul de transfer al cldurii prin aciunea combinat a conduciei termice, a acumulrii de energie i a micrii de amestec. Convecia este cel mai important mecanism de schimb de cldur ntre o suprafa solid i un fluid, ntre care exist contact direct i micare relativ.

c. Transferul energiei termice prin radiaie este procesul prin care cldura este transferat de la un corp cu temperatur ridicat la un corp cu temperatur sczut, corpurile fiind separate n spaiu. Schimbul de cldur prin radiaie se realizeaz de la distan, fr contact direct ntre corpuri. Fenomenul are sens dublu: un corp radiaz energie, dar i absoarbe energia emis sau reflectat de corpurile nconjurtoare.CAP. 2 Predictia temperaturilor in imbinarile sudate

Campul termic influienteaza transformarile de faza in timpul sudarii si, prin urmare, microstructura si proprietatile mecanice ale imbinarilor sudate. Este, de asemenea, responsabil pentru aparitia tensiunilor reziduale si deformatiilor in imbinarile sudate.

In procesele de sudare forma campului termic si variatia lui in timp depind de multi factori, dar admitand unele ipoteze simplificatoare, pot fi obtinute relatii de calcul pentru diferite situatii practice. Ipotezele seimplificatoare sunt legate, in primul rand, de omogenitatea si izotropia corpurilor. In plus, corporile care se sudeaza sunt infinite sau semninfinite dupa cum sunt considerate placile, barele, respectiv, corpurile masive.

Sursele termice instantanee sau permanente, fixe sau mobile influienteaza prin forma lor punctiforma, liniara, plana - distributia temperaturilor in corpurile sudate.

2.1 Ecuatii generale pentru analiza campului termic

Ecuatia generala a energiei, de la care se pleaca in analiza campurilor termice la sudare, are urmatoarea forma:

c = + + c + (2.1)

unde vx , vy ,vz sunt componentele vitezei e cele trei directii.

Considerand ca sursa termica se deplaseaza pe directia x (vs=v, vy=vz=0) si acceptand ca sistemul de coordonate, solidar cu sursa termica, este mobil si procesul de sudare este tranzient doar in fazele de inceput si final, se poate scrie ecuatia de bilant energetiv pentru campul termic stationar:

+ + - c + = 0 (2.2)

Daterita prezentei in baia de sudura, pe toata durata procesului de sudare, a celor doua faze, solida (s) si lichida (I), ecuatiile complete de bilant energetic pentru stadiul cvasistationar devin:

+ + - + = 0 (2.3)

pentru faza lichida:

+ + - + = 0 (2.4)

la interfata solid-lichid:

(n-v)H = - T = Ttop (2.5)

Suprafata superioara a piesei este sub influienta sursei termice dar si a piederilor de caldura in mediul inconjurator, ceea ce impune conditia de contur:

z = 0 = q (2.7)a) Analiza campului termic bidimensional

Cand gradientul de temperatura pe directia grosimii se neglijeaza, cum se intampla in cazul sudarii tablelor subtiri campul termic devine bidimensional.

Fig 2.1. Camp termic bidemensional la sudarea tablelor subtiri

Aplicand ipotezele simplificatoare amintite anterior se poate scrie:

as (2.9)

Iar pentru ecuatia (2.8) se inlocuieste cu urmatoarea conditie la limita:

in care r= (x2+y2)1/2 (2.10)

Pentru piesele considerate infinite se ia in consideratie si o alta conditie de contur

T= T0 pentru : r (2.11)

b) Analiza campului termic tridimensional

Campul termic tridimensional, intalnit la sudarea cap la cap a tablelor groase (fig. 2.2),a fost analizat prima data de Rosenthal care sa bazat pe aceleasi ipoteze simplificatoare prezentate anterior.

Fig. 2.2 Campul termic tridimensional la sudarea tablelor groase

In acest caz ecuatia de bilant energetic si conditiile de cotur au urmatoarele expresii:

as (2.13)

in care R= (x2+y2+z2)1/2 (2.14)

pentru z=0; R > 0 (2.15)

T = T0 pentru: R (2.16) Solutia ecuatiei (2.13), care se aplica pentru estimarea campului termic tridimensional din imbinarile sudate, este:

= exp (2.17)

Solutiile (2.12) si (2.17) pot fi utile pentru predictia temperaturilor in zonele indepartate de sursa termica, dar in apropierea acesteia rezultatele obtinute nu sunt foarte precise. Desigur ca aceste limitari sunt cauzate de aspectele legate de variatia proprietatilor termofizice cu temperatura, neglijarea caldurii lente de topire si reducerea sursei termice la una punctiforma.

c) Calculul temperaturii maxime in vecinatatea baii de metal topit

Pornind de la existenta baii de metal topit si limitarile solutiilor Rosenthal, Adams a introdus o noua conditie de contur referitoare la linia de fuziune si a stabilit relatiile pentru calculul temperaturii maxime TM la distanta y fara de interfata solid-lichid, atat pentru sudarea tablelor subtiri cat si pentru sudarea tablelor groase. Pentru calculul temperaturii maxime la sudarea tablelor subtiri - camp termic bidimensional este valabila relatia:

QUOTE (2.19)

Ca si Adams, multi cercetatori au incercat sa modifice solutiile analitice ale lui Rosenthal pentru campurile termice, bidimensionale si tridimensionale, dar fenomenele complexe care apar la solidificarea baii de metal topit si care sunt dificil de modelat au constituit, de fiecare data, un serios obstacol in obtinerea unei corelatii precise intre ciclurile termice calculate si masurate in zona adiacenta baii de sudura.

2.2 Relatii de calcul pentru calculul campului temic la sudare

In literatura de specialitate sunt prezentate ecuatii ale campurilor temice, cel mai frecvent intalnite in procesele de sudare, cu ajutorul carora se poate calcula temperatura intr-un punct dintr-o piesa sudata, in orice moment, atat in perioada de sudare cat si in perioada de racire.

Piederile de calcura in mediul inconjurator pot fi neglijate in cazul sudarii corpurilor masive sau pentru orice tip de corp in perioada de sudare, insa nu se vor neglija placile si barele sudate aflare in perioada de racire.

Tinand seama de piederile de caldura in conventie si radiatie, de conditiile de speta a treia si de ceficientii de piederi de caldura pentru cazul sudarii placilor si barelor, ecuatiile corectate ale campurilor termice pentru diferite surse termice particulare sunt prezentate in tabelul 2.1

Tabelul 2.1 relatiile uzuale pentru calculul temperaturilor in imbinarile sudate

CAP. 3 ANALIZA CU ELEMENT FINIT A TRANSFERULUI TERMIC IN IMBINRILE SUDATE

Modificarile mecano-metalurgice, care au loc in zonele adiacente baii de sudare, sunt direct influentate de procesele termice care se desfasoara n timpul sudarii. Predictia campului de temperaturi, in imbinarile sudate, prin metoda elementelor finite, reprezinta un instrument rapid de verificare a tehnologiei de sudare i estimare a extinderii zonei de influenta termomecanica. Aplicarea metodei elementelor finite presupune aproximarea prin discretizare a domeniului de analiza, in scopul determinarii valorilor necunoscutelor primare si, uneori, a necunoscutelor secundare. In problemele de transfer termic, necunoscutele primare sunt temperaturile nodale, iar necunoscutele secundare sunt gradientii de temperatura.

Rosenthal a fost primul cercetator care a determinat distributia temperaturilor in imbinarile sudate, considerand sursa de sudare mobila, dar precizia metodei este buna doar pentru calculul temperaturilor din zonele mai indepartate de arcul electric. Temperatura baii de metal topit este superioara temperaturii de topire a metalului de bazasi scade brusc in regiunile tot mai indepartate de arcul electric. Acest fenomen impune o discretizare extrem de

fina in zona arcului de sudare si in ZIT, pentru a putea determina cu precizie valorile temperaturii in aceste zone.

Cunoasterea distributiei temperaturilor si a vitezelor de racire este esentiala pentru determinarea modificarilor structurale, modificarilor de volum si, prin urmare, a proprietatilor si capacitatii portante a structurilor sudate.3.1. Algoritmul general al analizei cu element finit a proceselor termice in imbinarile eterogene

Principiul metodei

Aproximarea prin discretizare constituie un concept fundamental fata de care metoda elementelor finite reprezinta un caz particular.Metoda elementelor finite este un procedeu de rezolvare aproximativa, cu ajutorul calculatorului, a unei varietati largi de probleme ingineresti. In aceste probleme se urmareste determinarea, intr-un domeniu considerat, a valorilor uneia sau mai multor functii necunoscute cum sunt temperaturile, presiunile, vitezele, deplasarile, tensiunile mecanice, etc. Deoarece domeniul are o infinitate de puncte, valorile functiei sunt in numar infinit.

Metoda elementelor finite foloseste ca punct de plecare un model integral al fenomenului studiat, care poate fi obtinut in mod direct prin calcul, sau poate fi derivat din modelul diferential corespunzator cu ajutorul calcului variational sau al metodei reziduurilor ponderate. Potrivit calcului variational rezolvarea unei ecuatii diferentiale intr-un anumit domeniu si in anumite conditii la limita este echivalenta cu minimizarea, in acel domeniu. a unei marimi functionale corespunzatoare ecuatiei diferentiale si conditiilor la limita date.

Spre deosebire de metoda diferentelor finite aceasta metoda se bazeaza pe aproximarea locala a variabilelor de camp pe portiuni sau subdomenii ale domeniului analizat, denumite elemente finite, legate intre ele in puncte numite noduri. Ca urmare a minimizarii functionalei in toate elementele finite in care a fost impartit domeniul de analiza si asamblarii pe intreg domeniul a efectelor obtinute pe elementele finite, rezulta un sistem de ecuatii algebrice prin a carui rezolvare se determina valorile functiei studiate in noduri. In scopul minimizarii functionalei pe elementele finite ale domeniului analizat, functia sau functiile necunoscute, continue pe tot domeniul, sunt aproximate printr-un set de functii conventionale, continue numai pe cuprinsul elementelor finite. Se spune ca aproximarea oferita de metoda elementelor finite este de natura fizica.

Tipuri de probleme rezolvabile prin aceasta metoda

In inginerie, aplicatiile metodei elementelor finite pot fi grupate in trei clase de probleme:

1. Probleme de echilibru sau de regim stationar in care functia sau functiile necunoscute sunt independente de timp. In acesta grupa se incadreaza problemele de transfer termic, in regim stationar, studiul regimurilor stationare de curgere a lichidelor, studiul comportarii elastice a corpurilor in regim static.

2. Probleme de valori proprii in care parametrii sunt, de asemenea, Independenti de timp si in care se determina anumite valori critice ale parametrilor in conditiile respectarii configuratiei de echilibru.

3. Probleme de propagare sau de regim tranzitoriu, in care functiile necunoscute sunt dependente de timp. Transferul caldurii in regim tranzitoriu, regimurile de curgere nestationara a lichidelor, studiul dinamic al comportarii elastice si neelastice a structurilor sunt exemple de astfel de probleme.

Principalele avantaje ale metodei elementelor finite fata de metoda diferentelor finite sunt:

posibilitatea de a modela forme neregulate prin folosirea de elemente finite cu forme si dimensiuni diferite, adecvate configuratiei domeniului studiat;

posibilitatea de a trata fara dificultati probleme in care proprietatile fizice ale mediului variaza, cum sunt mediile neomogene, anizotrope, stratificate;

posibilitatea considerarii oricaror conditii la limit pentru problema studiata;

posibilitatea elaborarii unor algoritmi si programe cu grad mare de generalitate, capabile sa rezolve o gama larga de probleme intr-un anumit domeniu de specialitate.

Dezavantajele metodei cu elemente finite sunt:

datele de intrare sunt, in general, numeroase astfel ca este necesar un efort relativ mare pentru pregatirea si introducerea lor,

rezultatele numerice se obtin sub forma unei ample colectii de valori numerice ale functiei sau functiilor studiate, intr-un numar relativ mare de noduri;

calitatea rezultatelor depinde de experienta si abilitatea programatorului de a elabora un model cu elemente finite pentru problema studiata.

Etapele de rezolvare a problemelor cu metoda elementelor finite

Procesul de lucru caracteristic metodei elementelor finite este constituit din doua etape principale: etapa modelarii si etapa aplicatiilor numerice. Scopul primei etape este realizarea unui model analog cu elemente finite pentru modelul analitic care descrie fenomenul fizic cercetat si implementarea acestui model pe calculator sub forma unui program ordinator.

Etapa modelarii reprezinta un proces specific fiecarui domeniu de investigare, in sensul ca in cadrul ei se opereaza cu ecuatiile diferentiale care descriu o anumita. clasa de probleme fizice.

In etapa aplicatiilor numerice se presupun cunoscute modelul analitic si modelul cu elemente finite ale problemei, iar operatiile efectuate pot fi grupate conventional in mai multe faze:

alegerea tipului de elemente finite si respectiv a functiilor de interpolare se face in functie de variatia parametrilor analizati (variatie liniara, parabolica), de geometria domeniului investigat si de capacitatea disponibila de calcul. Din punct de vedere al geometriei lor, elementele finite pot ti de tip uni, bi sau tridimensional reprezentand bare, suprafete (plane sau curbe) si volume. Fiecare dintre acestea au ca noduri obligatorii, punctele extreme si uneori puncte auxiliare situate pe laturi in interior. In fiecare nod pot exista una sau mai multe functii necunoscute, denumite grade de libertate, care se aproximeaza prin functiile de interpolare, iar numarul acestora pentru intregul element finit se obtine inmultind cu numarul de noduri ale elementului. Laturile elementelor finite pot fi drepte sau curbe. De exemplu, o problema plana poate fi rezolvata folosind trunghiuri sau elemente izoparametrice. Dintre acestea, elementele triunghiulare mai ales izoparametrice au o sfera mai larga de aplicabilitate, datorita adaptarii lor la domenii limitate de contururi cu multe franturi. La randul lor, aceste elemente prezinta diverse tipuri cu un numar diferit de grade de libertate.

discretizarea domeniului de analiza inseamna generarea retelei de elemente finite, a matricii de conexiuni si calculul coordonatelor globale ale nodurilor.

constituirea ecuatiilor elementelor finite si evaluarea matricilor elementale. Comportarea mediului in cuprinsul unui element finit este descrisa de ecuatiile elementelor finite denumite si ecuatii elementale. Acestea alcatuiesc un sistem de ecuatii al elementului. Numarul de ecuatii ale sistemului este egal cu al gradelor de libertate pe element.Ecuatiile elementale pot fi deduse prin mai multe metode: metoda variationala, metoda reziduala (Galerkin), metoda bilantului energetic.

asamblarea ecuatiilor elementale in sistemul de ecuatii al domeniului discretizat impune ca, in nodurile comune elementelor, functia sau functiile necunoscute sa aiba aceeasi valoare. Asamblarea ecuatiilor consta in asamblarea matricilor de rigiditate, ale elementelor finite in matricea de rigiditate a sistemului si a vectorilor incarcarii pe elemente in vectorul incarcarii pe intreg domeniul. Matricea de rigiditate prezinta inconvenientele stucturale de a avea dimensiuni mari si a contine foarte multi coeficienti nuli, necesitand un spatiu apreciabil de memorie.Aceasta situatie a condus la dezvoltarea unor mijloace specifice de optimizare cum sunt tehnicile de structurare a coeficientilor nenuli in benzi si de minimizare a latimii lor, precum utilizarea metodei frontale de rezolvare progresiva a sistemului de ecuatii, pe masura asamblarii elementelor.

rezolvarea sistemului de ecuatii cu elemente finite se realizeaza prin metode liniare si metode neliniare. Cele mai utilizate metode de rezolvare a sistemelor neliniare le constituie metoda de eliminare a lui Gauss si metoda de descompunere Choleski, iar pentru rezolvarea sistemelor neliniare se prefera metoda Newton-Raphson, obtinandu-se valorile functiilor sau gradelor de libertate in noduri. Acestea se numesc si necunoscute primare sau de ordinul intai.

efectuarea de calcule suplimentare pentru determinarea necunoscutelor secundare. In unele probleme, dupa aflarea necunoscutelor primare, analiza se incheie. Acesta este de obicei cazul problemelor de conductie termica, in care necunoscutele primare sunt temperaturi nodale. In alte probleme insa, analiza trebuie continuata cu determinarea necunoscutelor secundare sau de ordinul doi. Acestea sunt derivate de ordin superior ale necunoscutelor primare. Si in cazul problemelor termice analiza poate continua cu determinarea necunoscutelor secundare, care sunt intensitatile fluxurilor termice (gradientii termici).Etapele analizei cu element finit:

Discretizarea domeniului in elemente finite:

constructia retelei de elemente

numerotarea nodurilor si elementelor

generararea proprietatilor geometrice

Deducerea ecuatiilor tipurilor de elemente din retea:

formularea variationala a ecuatiei diferentiale pentru fiecare tip de element

aproximarea functiilor necunoscute nodale si obtinerea ecuatiilor elementale

stabilirea functiilor de interpolare si calculul matricei de rigiditate a elementelor

Asamblarea ecuatiilor elementale si obtinerea ecuatiilor intregului domeniu:

identificarea conditiilor elementale si obtinerea ecuatiilor intregului domeniu

identificarea conditiilor de echilibru

asamblarea ecuatiilor elementale

Impunerea conditiilor de contur:

identificarea gradelor de libertate primare globale specificate

identificarea gradelor de libertate secundare globale specificate

Rezolvarea ecuatiilor asamblate

Postprocesarea rezultatelor:

calculul gradientului solutiei sau al altor marimi cerute

reprezentarea tabelara sau grafica a rezultatelor

Aplicarea unui program de element finit pentru analiza proceselor termice in imbinarile eterogene

Se vor urmari pasii pentru aplicarea algoritmului de modelare a proceselor termice in imbinarile eterogene asamblate termic:

1. Definirea geometriei modelului

Definirea punctelor cheie : Geometry>Points>Define

Definirea curbelor inchise: Geometry>Curves>Polyline with Pts

Definirea suprafetelor : Geometry>Surfaces>Define by 4Cr

Generarea prin simetrie a suprafetelor fata de una din axe: Geometry>Surfaces>Generation>Symmetry

2. Alegerea tipului de element si definirea constantelor reale asociate acestuia

Definirea tipului de element: Propsets>Element Group (Plane 2D, Shell 4, Shell 4T)

Definirea grosimii metalelor de baza : Propsets>Real Constants

3. Stabilirea proprietatilor de material

Definirea proprietatilor de material: Loads>Function Curve>Time/Temp Curve (caldura specifica, conductibilitatea termica, densitatea materialului)

Asocierea valorilor proprietatilor materialelor cu denumirea acestora: Propsets>Material Property

Obs: Pentru definirea proprietatilor mai multor materiale se va activa, de fiecare data, materialul utilizat: Control>Activate>Set Entity

4. Construirea retelei de elemente pe suprafete

Discretizarea suprafetelor materialelor: Meshing> Parametric Mesh> Surfaces

Impunerea conditiei de contact perfect: Meshing>Nodes>Merge

5. Incarcarea termica

LoadsBC>Function Curve>Time/Temp Curve

Definirea unei surse termice punctiforme: LoadsBC>Thermal>Nodal Heat>Define by Nodes

Definirea procesului de convectie pe suprafete: LoadsBC> Thermal> Convection> Define by Surfaces

Definirea procesului de radiatie pe suprafete: LoadsBC> Thermal>Radiation> Define by Surfaces

Definirea constantei lui Stefan-Boltzmann: Analysis> Heat Transfer> Stefan Botzmann Const.

6. Stabilirea conditiilor initiale si a parametrilor de timp pentru desfasurarea procesului termic de asamblare

Definirea conditiilor initiale de temperatura: LoadsBC>Initial Conditions>Temperature

Definirea conditiilor de inceput si finalizare a procesului termic de asamblare: LoadsBC>Load Options>Time Parameters

7. Stabilirea tipului de analiza

Definirea tipului de analiza. Analysis>Heat Transfer>Analysis Options

Analiza procesului termic de asamblare: Analysis>Heat Transfer>Run Thermal Analysis

8. Vizualizarea rezultatelor analizei procesului termic de asamblare

Vizualizarea rezultatelor obtinute: Results>Plot>Thermal

Simularea procesului termic de asamblare: Results>Thermal>Animate

9. Postprocesarea rezultatelor

Se vor analiza:

distributia temperaturilor in imbinarile eterogene otel carbon-otel inoxidabil si otel carbon-cupru, utilizand valorile proprietatilor termofizice existente in baza de date a programului de calcul cu element finit si considerand sursa termica punctiforma

influenta proprietatilor termofizice asupra extinderii zonelor de influenta termica in cele doua metale de baza ale imbinarilor eterogene propuse

istoriile termice ale unor puncte localizate simetric in metalele de baza ale imbinarilor eterogene propuse.

CAP. 4 REZULTATE ANALIZA CU ELEMENT FINIT

Am realizat modelarea cu element finit a procesului termic din imbinarea cal la cap a doua matale : otel carbon cupru, cazul sursei termice stationare eliptice.

1. Realizarea retelei de discretizare este mai fina in jurul sursei termice si in zonele adiacente acesteia, elementele caracteristice retelei de discretizare este prezentata in figura 4.1 .Elemente 3139

Noduri - 1696

Fig. 4.1 Discertizarea placilor2. Vizualizarea campului termic vizualizarea temperaturilor, in diferite momente ale simulularii procesului de transfer termic.Analizand vizualea campului termic, pentru fiecare pas, se constata tendinta de dispersie mai rapida a caldurii de catre cupru si deplasarea baii de metal topit catre otelul carbon, caracterizat prin valori mai scazute ale conductibilitatii termice. Datorita transferului termic prin conductie , mai lent in otelul carbon, valorile maxime ale temperaturii se intregistreaza in acest metal de baza, dupa cum s-a observat, de astfel, si in diferitele etape ale simularii campului termic, prezentate in figdurile 4.2...4.4 .

Fig 4.2 Vizualizarea campului termic in pasul 10

Fig 4.3 Vizualizarea campului termic in pasul 50

Fig 4.4 Vizualizarea campului termic in pasul 1003. Gradient de temperatura - variatia de gradientului de termperatura pe directiile X si Y in diferiti pasi ai modelarii cu element finit este prezentata in figurile 4.5....4.10:

Fig. 4.5 Gradientul de temperatura pe directia X in pasul 10

Fig. 4.6 Gradientul de temperatura pe directia X in pasul 50

Fig. 4.7 Gradientul de temperatura pe directia X in pasul 100

Fig. 4.8 Gradientul de temperatura pe directia Y in pasul 10

Fig. 4.9 Gradientul de temperatura pe directia Y in pasul 50

Fig. 4.10 Gradientul de temperatura pe directia Y in pasul 100

4. Fluxul termic - variatia fluxului de termperatura pe directiile X si Y in diferiti pasi ai modelarii cu element finit este prezentata in figurile 4.11....4.19::

Fig. 4.11 Fluxul de temperatura de temperatura pe directia X in pasul 10

Fig. 4.12 Fluxul de temperatura de temperatura pe directia X in pasul 50

Fig. 4.13 Fluxul de temperatura de temperatura pe directia X in pasul 100

Fig. 4.14 Fluxul de temperatura de temperatura pe directia Y in pasul 10

Fig. 4.15 Fluxul de temperatura de temperatura pe directia Y in pasul 50

Fig. 4.16 Fluxul de temperatura de temperatura pe directia Y in pasul 100

Fig. 4.14 Fluxul de temperatura de temperatura rezultanta in pasul 10

Fig. 4.15 Fluxul de temperatura de temperatura rezultanta in pasul 50

Fig. 4.16 Fluxul de temperatura de temperatura rezultanta in pasul 10

5. Grafic evolutia temperaturei - in trei puncte diferite puncte in functie de timp :

Fig 4.17 Evolutia temperaturii

6. Temperaturi maxime in diferiti pasi ai simularii :

Nr. PasNoduriTemperatura [0C]

101565663.521

682658.493

694655.397

5015651968.87

6821937.07

6941889.62

10015652356.32

6822329.66

6942252.25

BIBLIOGRAFIE

1. Anghel, I Sudarea otelurilor aliate, Editura Tehnica Bucuresti, 19932. Bratianu, C. Modele cu elemente finite in dinamica fluiedelor, Bucuresti, 19833. Constantine, E Tehnologia sudarii prin topire Bazele tehnologice ale sudarii prin topire, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 19934. Garbea, D. Analiza cu elemente finite, Editura Tehnica, Bucuresti, 1991

5. Scutelnicu, E., Iordchescu, D., Constantin, E. Modelarea proceselor termomecanice de asamblare, Editura Fundatiei Universitare Dunarea de Jo, Galati, 2003

6. Scutelnicu, E., - Lucrare de laboratorANEXA 1

CMD LIST

C*

C* COSMOSM GeoStar 2.9 (64K Version)

C* Problem : untitled_64r Date : 12-05-2011 Time : 12:25:15

C*

C*

C* COSMOSM GeoStar 2.9 (64K Version)

C* Problem : untitled_64r Date : 01-07-2014 Time : 17:00:15

C*

C*

C* COSMOSM GeoStar 2.9 (64K Version)

C* Problem : untitled_64r Date : 01-07-2014 Time : 17:09:36

C*

ACTSET,MP,1

CURDEF,TEMP,1,1,20,386,200,396.4

C*

C* COSMOSM GeoStar 2.9 (64K Version)

C* Problem : untitled_64r Date : 01-07-2014 Time : 17:14:20

C*

ACTSET,MP,1

CURDEF,TEMP,1,1,20,386,200,396.4,400,405.11,500,409.46,600,413.82,700,&

418.17,800,422.53,1000,431.24,1300,431.24,1600,431.24

MPROP,1,C,1

CURDEF,TEMP,2,1,20,398,200,377.97,400,365.18,500,359.36,600,353.55,700&

,347.6,800,340.75,1000,319.82,1300,319.82,1600,319.82

MPROP,1,KY,1

MPROP,1,KX,1

CURDEF,TEMP,3,1,20,8900,200,8850,400,8800,500,8750,600,8700,700,8600,8&

00,8500,1000,8400,1300,7900,1600,7900

MPROP,1,DENS,1

ACTSET,MP,2

CURDEF,TEMP,4,1,20,465,200,527,400,606,500,685,600,761,700,936,800,685&

,1000,618,1300,644,1600,840

MPROP,2,C,1

CURDEF,TEMP,5,1,20,48.07,200,43.89,400,38.04,500,35.53,600,31.77,700,2&

9.26,800,25.50,1000,28.01,1300,31.35,1600,34.28

MPROP,2,KX,1

MPROP,2,KY,1

CURDEF,TEMP,6,1,20,7850,200,7770,400,7700,500,7670,600,7630,700,7610,8&

00,7590,1000,7510,1300,7400,1600,7100

MPROP,2,DENS,1

ACTSET,TP,0

PT,1,0,0,0

PT,2,0.3,0,0

PT,3,0.3,0.2,0

PT,4,0,0.2,0

PT,5,0.135,0,0

PT,6,0.137,0.0022,0

PT,7,0.141,0.0044,0

PT,8,0.145,0.005,0

PT,9,0.15,0,0

PT,10,0.145,0,0

CRARC,1,8,9,10,0.005

CR4PT,2,8,7,6,5

CRLINE,3,1,5

CRLINE,4,5,10

CRLINE,5,10,8

CRLINE,6,10,9

CRLINE,7,9,2

CRLINE,8,2,3

CRLINE,9,3,4

CRLINE,10,4,1

CT,1,1,4,3,1,6,5,0

CT,2,1,8,3,2,4,5,0,2

CT,3,1,100,7,3,2,1,7,8,9,10,0,2

RG,1,1,1,0

RG,2,1,2,0

RG,3,1,3,0

RGSYM,1,3,1,Y,1,0

ACTSET,MP,1

MA_RG,1,3,1,3,1,0

ACTSET,MP,2

MA_RG,4,6,1,3,1,0

NMERGE,1,1357,1,0.0001,0,1,0

SELINP,EL,1,11,1,1

SELINP,EL,122,144,11,1

SELINP,EL,145,156,11,1

SELINP,EL,157,168,11,1

SELINP,EL,169,170,1,1

SELINP,EL,181,183,1,1

SELINP,EL,194,198,1,1

SELINP,EL,209,214,1,1

SELINP,EL,225,232,1,1

SELINP,EL,243,251,1,1

SELINP,EL,262,268,1,1

SELINP,EL,280,286,1,1

SELINP,EL,299,306,1,1

SELINP,EL,319,325,1,1

SELINP,EL,339,345,1,1

SELINP,EL,360,365,1,1

SELINP,EL,381,386,1,1

SELINP,EL,402,408,1,1

SELINP,EL,425,429,1,1

SELINP,EL,447,449,1,1

UNSELINP,EL,451,473,22,1

SELINP,EL,1229,1290,1,1

SELINP,EL,1290,1295,1,1

SELINP,EL,1297,1298,1,1

SELINP,EL,1302,1305,1,1

SELINP,EL,1307,1309,1,1

SELINP,EL,1314,1316,1,1

SELINP,EL,1319,1325,6,1

SELINP,EL,1326,1328,1,1

SELINP,EL,1339,1341,1,1

SELINP,EL,1352,1355,1,1

SELINP,EL,1368,1370,1,1

EREFINE,1,2462,1,0,0,3,0

INITSEL,EL,1,1

NMERGE,1,1699,1,0.0001,0,1,0

MARGCH,1,6,1,Q,4,1,0.4,1

EGROUP,1,SHELL4,2,0,0,0,0,0,0,0

RCONST,1,1,1,6,0.005,0,0,0,0,0

CURDEF,TIME,1,1,0,0,0.1,1,3.1,1,3.2,0

HXRG,1,62756200,4,3

HXRG,2,58273616,5,3

RERG,1,0.7,1,20,4,3,1

RERG,2,0.7,1,20,5,3,1

SB_CONST,5.67E-008

CERG,1,12,20,6,1,1

INITIAL,TEMP,1,1699,1,20

TIMES,0,3.2,0.032

NL_AUTOSTEP,1,1E-008,3.2,5

NL_PLOT,1,100,1,0

A_THERMAL,T,0.001,1,1,20,0,1,1E+008,0,0,0

C* R_THERMAL

C*

C* COSMOSM GeoStar 2.9 (64K Version)

C* Problem : untitled_64r Date : 01-07-2014 Time : 18:26:55

C*

C*

C* COSMOS/M Geostar V2.50

C* Problem : HJYFD Date : 02-06-2014 Time : 16:59:02

C*

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\thermal step 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\thermal step 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\thermal step 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\thermal node temperature step 50"&

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\thermal node temperature step 100&

"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient X 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient X 50"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient X 50"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient X 100"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient Y 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient Y 10.dib"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient Y 50"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\temperature gradient Y 100"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\heat flux X 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\heat flux X 50"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\heat flux X 100"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\heat flux Y 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\heat flux Y 50"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\heat flux Y 100"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\resultan heat flux 10"

IMAGESAV,"C:\Users\PC\Desktop\cornel\resultan heat flux 50"

C*

C* COSMOS/M Geostar V2.50

C* Problem : HJYFD Date : 02-06-2014 Time : 17:40:14

C*

C* Terminating commandANUL UNIVERSITAR 2013-2014