Материал: U0vSrbCC8k

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ

Методические указания к практическим занятиям и лабораторным работам

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2014

УДК 621.365.5

Обработка материалов концентрированными потоками энергии: метод. указания к практ. занятиям и лаб. работам / сост.: В. В. Царевский, С. А. Галунин. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. 28 с.

Рассматриваются методы построения физических, математических и численных моделей реальных процессов обработки материалов концентри- рованными потоками энергии. Содержат пошаговые инструкции, наглядные иллюстрации и примеры, а также индивидуальные задания.

Предназначены для подготовки магистрантов по направлению 140400 – «Электроэнергетика и электротехника», также могут быть полезны инженер- но-техническим работникам и студентам других специальностей.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014

ВВЕДЕНИЕ

Процесс обработки материалов концентрированными потоками энергии с точки зрения теплопередачи чаще всего сводится к поверхностному нагре- ву резистивными нагревателями, лазерным излучением и электронным лу- чом. Сюда же можно отнести воздействие электрической дуги и плазмы. Сварку, резку и сверление концентрированными потоками энергии в ряде случаев также можно свести к поверхностному нагреву. В дисциплине «Фи- зические основы электронагрева» дается физическое толкование дифферен- циальных уравнений матфизики, моделирующих основные составляющие электротехнологических процессов, – распространение электромагнитных и тепловых полей, механику твердого тела при неизотермическом нагреве.

На практических занятиях и в лабораторных работах большое внимание уделяется методу конечных элементов. С помощью программы Temperatures & Stresses 2D, разработанной для исследования сварочных процессов (С. П. Марковым) и адаптированной для поверхностного нагрева и термиче- ской резки металлов (В В. Царевским), студенты имеют возможность озна- комиться с азами программирования и провести исследование температур- ных полей, остаточных напряжений и деформаций.

3

1. ПОРЯДОК РАСЧЕТОВ

Запустите на исполнение программу Temperatures & Stresses 2D. Пароль для входа в программу – mark. Расчет начинается с выбора в выпадающем

окне Плоская деформация и осевая симметрия задачи Температурные поля (рис. 1.1). В окне приветствия Heating with fusion and vaporation необ-

ходимо нажать кнопку Ok.

Рис. 1.1

После завершения расчета температурных полей нагрева и охлаждения выбирается тип задачи Напряжения и деформации и выполняются все рас- четы по этой задаче. Затем производится анализ результатов по обеим зада- чам и составляется отчет.

4

2. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ

После выбора задачи Температурные поля и запуска появляется окно прикладной подпрограммы (рис. 2.1).

Рис. 2.1

Строка заголовка содержит название подпрограммы, с которой ведется работа (в данном случае это Temperatures). Непосредственно под строкой заголовка расположено главное меню. В нем скрыты семь выпадающих меню с командами, необходимыми для подготовки исходных данных, управления расчетом и графического изображения результатов. Существует более быст- рый и эффективный доступ к самым важным командам. Это кнопки на пане- ли инструментов, расположенной ниже главного меню. Значок на кнопке в известной мере передает содержание операции, связанной с ней. Если курсор мыши задержать на кнопке, то в нижней части рабочего поля окна появится подсказка относительно функции кнопки.

2.1. Построение сетки

Температурное поле рассчитывается методом конечных элементов (МКЭ), суть которого заключается в аппроксимации непрерывной искомой величины (в данном случае – температуры) в заданной области с помощью дискретной модели, построенной на конечном множестве кусочно-непре- рывных функций, определенных на конечном числе подобластей (элемен- тов). Разделение области на элементы производится построением сетки.

Первая, считая слева, кнопка панели инструментов открывает ключевую диаграмму, с которой рекомендуется начинать построение сетки или ее

5