第1章 绪论 1
1.1 数值模拟在当代科技发展中的地位 1
1.2 模型和数学模型 2
1.3 数值方法 3
1.3.1 差分法 3
1.3.2 有限元法 4
1.3.3 数值积分法 4
1.3.4 蒙特卡洛法 4
1.4 数值模拟技术在焊接中的应用 5
1.5 焊接数值模拟的前景与展望 7
第2章 焊接热传导分析 9
2.1 研究历史和现状 9
2.2 焊接热传导的解析方法 10
2.2.1 表面堆焊时的焊接热传导解析式 10
2.2.2 适用范围和临界值的判别 12
2.2.3 接头形式与坡口的修正 13
2.3 有限元模型和求解方法 16
2.3.1 有限元基本方程 16
2.3.2 非线性方程组解法 19
2.3.3 热源模型的选取 19
2.3.4 网格划分和时间步长 19
2.3.5 熔化和固态相变潜热 20
2.3.6 采用集中质量热容矩阵克服“跃阶”现象 20
2.4 分析实例 21
2.4.1 热影响区800C冷却到500C时的冷却时间t8/5的分析计算 21
2.4.2 脉冲TIG焊接温度场分析 21
2.4.3 平板堆焊三维温度场有限元分析 23
第3章 焊接熔池中的流体动力学和传热分析 25
3.1 研究历史和动态 25
3.2 数学模型和求解方法 28
3.2.1 控制方程组 28
3.2.2 体积力 29
3.2.3 边界条件 29
3.2.4 求解方法 30
3.3 分析实例 31
3.3.1 三维TIG熔池流体流动和传热过程 31
3.3.2 薄板GMAW焊接时计算和试验结果的比较 32
3.3.3 激光照射下铝的熔化和蒸发 33
第4章 焊接电弧的传热传质过程 34
4.1 研究历史和动态 34
4.2 数学模型和求解方法 35
4.2.1 基本方程 35
4.2.2 边界条件 37
4.2.3 计算方法 39
4.3 分析实例 39
4.3.1 TIG焊接电弧的温度和流场分布 39
4.3.2 GTAW和GMAW焊接时电极性质的预测 41
第5章 焊接冶金和焊接接头组织性能的预测 43
5.1 概述 43
5.2 熔池和焊缝金属的凝固与组织变化 44
5.2.1 研究动态 44
5.2.2 Oak Ridge焊缝金属组织模型 47
5.3 焊接热影响区的相变和组织性能的预测 49
5.3.1 研究动态 49
5.3.2 固态相变演化规律的应用 50
5.3.3 焊接接头组织连续变化的预测模型 52
5.3.4 热影响区的硬度计算 55
第6章 焊接变形与残余应力的预测 57
6.1 概述 57
6.2 焊接变形的残余塑变解析计算方法 61
6.2.1 一维的简化残余塑变基本理论 61
6.2.2 残余塑变基本解析公式 61
6.2.3 梁架型结构纵向焊接变形的计算 63
6.2.4 多道焊横向收缩和角变形的计算 67
6.2.5 焊接应力变形形成机制的讨论与固有应变概念的引入 68
6.2.6 残余塑变解析计算例 76
6.3 预测焊接变形的固有应变有限元方法 78
6.3.1 固有应变的基本概念 78
6.3.2 焊接固有应变的确定 79
6.3.3 关于Tendon Force的概念 83
6.3.4 固有应变的施加方法 84
6.3.5 固有应变有限元计算实例 84
6.4 焊接热弹塑性有限元求解方法 88
6.4.1 基本方程和求解方法 88
6.4.2 提高计算精度和稳定性的若干途径 90
6.4.3 热弹塑性有限元分析实例 91
6.5 几种预测焊接变形方法的比较 94
第7章 高温蠕变分析和局部焊后热处理 95
7.1 概述 95
7.2 基于残余应力消除效果的直接评定准则 96
7.2.1 考虑蠕变的粘弹塑性有限元分析方法 96
7.2.2 加热宽度直接评价方法 97
7.2.3 局部焊后热处理引起的热应力和残余应力 98
7.2.4 焊后消除应力处理的蠕变有限元分析 99
7.2.5 不同热处理条件下的系列计算和临界加热宽度的确定 101
7.3 基于改善焊接接头性能的均热区温差准则 102
7.4 两个评定准则的关系和比较 103
7.5 三维管接头焊后局部热处理加热宽度准则研究 104
7.5.1 正交管接头焊后局部热处理 104
7.5.2 计算模型的交贯线方程 104
7.5.3 计算模型和方法 106
7.5.4 应力分布特征及加热宽度准则的确定 108
7.6 分析实例 109
第8章 焊接过程中的氢扩散 112
8.1 概述 112
8.2 焊接氢扩散的数学物理模型 112
8.2.1 氢扩散基本方程 112
8.2.2 活性系数 113
8.2.3 扩散系数 113
8.2.4 平均压力项系数 113
8.2.5 氢的表面逸出和边界条件 114
8.3 计算实例 114
第9章 特种焊接过程的数值模拟 116
9.1 电阻点焊过程和接头性能分析 116
9.2 陶瓷-金属焊接的残余应力特征 118
9.3 激光焊接熔化和凝固的数学模型 119
9.4 摩擦焊接的数学模型 120
9.5 瞬态液相连接模型 121
9.6 搅拌摩擦焊接的传热和力学计算模型 122
9.7 水火弯板和感应加热成形 123
9.8 胀管接头的弹塑性有限元分析及其应用 124
第10章 焊接接头的力学行为分析 126
10.1 概述 126
10.2 焊接接头断裂力学描述参量 126
10.3 力学不均匀性对焊接接头断裂参量的影响 127
10.4 几何不均匀性对焊接接头断裂参量的影响 130
10.5 焊接接头断裂强度评定的局部近似法 131
10.6 局部法在焊接接头疲劳强度评定中的应用 133
第11章 焊接数值模拟在ANSYS软件中的实现 136
11.1 用ANSYS软件进行有限元分析的典型过程 137
11.2 ANSYS软件在焊接应力分析中的应用 138
11.2.1 间接法进行热应力分析 138
11.2.2 直接法进行热应力分析 140
11.3 ANSYS软件在用固有应变法进行焊接变形分析中应用 142
第12章 三维焊接热传导有限元程序（WTEMP-3D）的应用 146
12.1 三维焊接热传导有限元程序（WTEMP-3D）的说明及其应用 146
12.1.1 程序功能 146
12.1.2 输入参数说明 146
12.1.3 数据输入格式（TM.DAT文件） 151
12.1.4 数据输出格式 154
12.1.5 数据输入格式例 154
12.2 WTEMP-3D源程序 156
参考文献 211