УРОВНИ МОДЕЛИРОВАНИЯ

дифференциальных уравнений в частных производных с заданными краевыми уравнениями. Точное

решение ее удается получить лишь для частных случаев.
ММ технического объекта на макроуровне является система дифференциальных уравнений с заданными начальными условиями.
ММ на метауровне моделируют в основном 2 категории:
- объекты теории автоматического управления;
- объекты, являющиеся предметом теории массового обслуживания.

Моделирование большинства технических объектов можно выполнять на микро-, макро- и метауровне, различающихся степенью детализации рассмотрения процессов, протекающих в объекте.

сварке как объектов расчета:
Неоднородность среды
Нелинейность явлений
Системность процесса сварки
Физико-химические процессы,

протекающие при сварке:

Тепловые
Металлургические
Деформационные
Диффузионные
…

критериям размеров швов.
Оценка формирования шва по критериям допустимых уравнений дефектов

формы и сплошности шва.
Оценка свариваемости высокопрочных сталей и других конструкционных материалов по критериям отсутствия трещин, обеспечения соответствующего структурного состояния и физико-механических свойств.
Оценка несущей способности сварных конструкций и соединений.
...

Виды:
– Одновариантный –

при заданном наборе входных и внутренних параметров определяются выходные параметры.
– Многовариантный – внешние и внутренние параметры варьируются в некоторой области.

Синтез – создание объекта с заданными свойствами. Виды:
– Структурный – определение структуры объектов, то есть составляющих элементов и способов их связи между собой.
– Параметрический – определение числовых значений параметров при заданной структуре.

Оптимизация – определение наилучших в смысле производительности, стоимости, качества и других значений параметров.

Задачи синтеза и оптимизации полностью включают в себя задачи анализа

Составление РС (структурная модель)
Математическое описание РС
Качественный

анализ ММ (феноменологическая модель)
Разработка алгоритма
Создание программного обеспечения
Тестирование и анализ результатов вычислений
Выработка практических рекомендаций

в) сопряженная ММ
(1-пуск. 2- итерационный цикл. 3, 4- простые

ММ. 5- анализ положения границ. 6 –стоп).

именно те характеристики и особенности ТО, которые интересуют нас с

точки зрения поставленной цели
Точность ММ дает возможность обеспечить приемлемое совпадение реальных и найденных при помощи ММ значений выходных параметров ТО.
Адекватность ММ — это способность ММ отражать характеристики ТО с относительной погрешностью не более некоторого заданного значения δ
Экономичность ММ оценивают затратами на вычислительные ресурсы (машинное время и память), необходимые для реализации ММ на ЭВМ.
Робастность ММ (от английского слова robust — крепкий, устойчивый) характеризует ее устойчивость по отношению к погрешностям исходных данных.
Наглядность ММ является ее желательным, но необязательным свойством.

Это можно объяснить тем, что в математике используют абстрактные основополагающие

понятия, немногочисленные, но весьма емкие по содержанию.

Это позволяет конкретные факты из самых различных областей знаний рассматривать как проявление этих понятий и отношений между ними. Совокупность таких понятий и отношений, выраженных при помощи системы математических символов и обозначений и отражающих некоторые свойства изучаемого объекта, и называют математической моделью этого объекта.

В данном случае математика выступает, по существу, в роли универсального языка науки. Его универсальность французский математик Анри Пуанкаре (1854-1912) определил всего одной фразой: „Математика — это искусство называть разные вещи одним и тем же именем".

СВОЙСТВА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

теплоотвода):

(1)

для пластины (двухмерного теплоотвода):

(2)
ТИПИЧНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ

Основными параметрами термического цикла ЗТВ при однопроходной сварке или наплавке являются максимальная тем-ра Тм , мгновенная скорость охлаждения ω при данной тем-ре Т и длительности нагрева tH выше Т.

В зависимости от схемы распространения теплоты применяют различные формулы для расчета скорости охлаждения:

и (2):

(3)

Учитывая то, что

ω постоянно уменьшается по мере снижения Т, понятие скорости охлаждения в интервале температур теряет смысл. Предпринята попытка ввести эквивалентную (постоянную) скорость охлаждения WЭ в интервале температур, достаточно хорошо отражающую динамику охлаждения металла шва:

(4)

где S – величина температурно-временной области, ограниченной участком кривой термического цикла сварки в интервале Т1 – Т2.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦИКЛА ЗТВ

Для характеристики охлаждения зоны термического влияния в диапазоне температур вместо

средней скорости охлаждения наиболее целесообразно использовать обратную ей величину – время охлаждения или длительность пребывания различных точек зоны термического влияния в интервале температур. Установлено, что для всех точек зоны шва, нагретых выше 900°С, время охлаждения в интервале 800-500 °С приблизительно равно.

Диапазон температур 800°- 500°С является одним из важнейших и определяет кинетику фазового превращения в стали. В настоящее время охлаждение в интервале 800°- 500°С , обозначаемое t8/5,
признано основным критерием, определяющим механические свойства сварных соединений низколегированных сталей. В ряде стран, например в ФРГ, время t8/5 вводится в нормативные документы по сварке низколегированных сталей.

(двухмерного теплоотвода):

(6)


критическая толщина листа δк:

(7)

Формулы для расчета величины t8/5 :

U изменяется в вольтах, сила тока I – в амперах,

скорость сварки v – сантиметрах в секунду, температура подогрева Т0 - в градусах Цельсия.

Кроме того, необходимо ввести коэффициенты термического КПД нагрева η в зависимости от способа дуговой сварки и коэффициенты двухмерного (F2) или трехмерного (F3) теплоотвода, а также учесть зависимость теплофизических констант от температуры для практически используемого диапазона рабочих температур 20°-250°С.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦИКЛА ЗТВ

δк:

(10)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦИКЛА ЗТВ
В итоге :
Выражения (

) и ( ) учитывают теплофизические константы низколегированных сталей и их зависимость от температуры в интервале 20°- 250°С.

нагрева.

и F3 .

взаимосвязи между характеристиками плавления металла электродной проволоки:
αр — коэффициент

расплавления,
vэ — линейная скорость плавления электродной проволоки;

и его физическими свойствами:
(γ, — плотность металла;
Тпл — температура плавления;
Ткип — температура кипения;
с — удельная теплоемкость;
ΔНпл — скрытая теплота плавления;
ρ — удельное электросопротивление;
φв — работа выхода электрона;

а также параметрами режима сварки: (Iсв, Uд, dэ, lв).

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЛАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКИ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ

электродной проволоки;
4 - капля электродного металла;
5 - приэлектродная

область;
6 - дуга;
7 - основной металл;
8 - источник сварочного тока.

Физическая модель плавления электродной проволоки:

электрода основана на уравнении баланса энергии на электроде:

Wпл=Wэ + Wв, (1)

где Wпл — расход энергии на нагрев и плавление электродной проволоки; Wэ и Wв, — приход энергии на торце электрода и на вылете электродной проволоки.
Выразив расход энергии через массу расплавленной электродной проволоки Мэ (Мэ = FэLэγтв) и теплосодержание капель электродного металла Нкап, получаем выражения для определения коэффициента расплавления αр и линейной скорости плавления электрода vэ:

(2)



(3)

(4)

где Uа – падение напряжения на

аноде. Uа мало зависит от материала анода и состава газовой фазы и может быть принято Uа=(2,43±0,29) В.

Падение напряжения на вылете определяется при постоянном удельном сопротивлении ρср для диапазона температур на вылете от То до Тпл :

(5)

Теплосодержание капель электродного металла определяем при условии, что Ткап = 0,9Ткип:
Нкап = сср(Тпл-Т0) + ΔНпл + сж(Ткап - Тпл), (6)

где

выхода
φв, эВ

Скрытая теплота плавления
Δ Нпл, Дж/г

Табл. 1 Физические

свойства электродных материалов

Плотность металла не зависит от температуры
Размеры капель и характер переноса не учитываем.