参考文献    28
1  绪论
钛是二战后登上世界工业大舞台的优质轻型高强耐蚀结构材料、新型功能材料和重要的生物工程材料。钛及钛合金具有许多独特的优越性能，包括高的比强度和比刚度，良好的高温性能和耐腐蚀性能，优异的综合力学性能和加工性能，目前已得到世界各国的普遍重视，并获得了广泛应用[1~4]。近10年来,钛及钛合金越来越多地用于航天工业、化工机械、船舶工业、汽车工业、石油天然气工业,以及食品、医疗设备等工程[5]。钛是一种尚未成熟的年轻金属,它很有希望成为继铁、铝之后的第三种实用金属,开发利用前景十分广阔[6]。但是由于钛合金价格昂贵，如果通过实验来确定各种焊接结构的焊接参数，那么成本将会很高，因此，对钛合金计算机模拟焊接的研究就更加具有重要意义。
1.1  选题背景
焊接过程是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固，冷却时的相变、焊接应力与变形等等，要得到质量合格的焊接结构必须控制这些因素。利用计算机模拟技术对焊接过程进行深入的研究，对于了解焊缝成形的实质、优化焊接工艺参数、控制热影响区组织与性能,使焊接工艺从经验走向科学,并应用于实际生产领域具有重要的理论意义和实用价值。
此外，数值模拟还广泛地用于分析焊接结构和接头的强度和性能等问题。由于实验的费用成本以及其他一些因素使得数值模拟仿真的方法将越来越重要。例如用新的高强度钢或其他材料制造新的工程结构，特别是如潜艇、反应堆元件等重要结构，没有多少经验可以凭借。如果只依靠实验方法积累数据要花很长时间和经费，而且任何尝试和失败，都将造成重大经济损失，此时，数值方法将发挥其独特的作用和优点。只要通过少量验证实验证明数值方法在处理某一问题上的适用性，那么大量的筛选工作便可由计算机进行，而不必在车间或实验室里进行大量的实验工作，这就大大地节约了人力、物力和时间，具有很大的经济效益。因此计算机模拟仿真方法为焊接科学技术的发展创造了有利的条件。
1.2  数值模拟在焊接应用中的发展状况
1.2.1  国内外数值模拟在焊接中发展的状况
1.2.2  数值模拟存在的问题
(1) 材料的热物理性数据不足。
某些材料仅有室温数据，许多材料在高温时特别在接近熔化态时的热物理性数据还是空白，，这就给非线性计算带来困难。
(2) 热源分布参数的确定。
热源分布参数，如电弧的有效加热半径及热量分布形式，与焊接方法和参数有关。目前也缺乏系统而准确的资料能确定具体的热源分布参数。
(3)焊接热源的热效率的选取。
焊接热源热效率的选取也是提高计算精度的问题之一。目前这方面的资料比较分散，出入较大，必须根据实际焊接情况慎重选择。
(4) 焊接熔池的处理。
焊接热传导分析一般基于固体导热微分方程式，没有考虑焊接熔池内部液态金属的对流传热特点。通常这种方法对于焊接冶金分析以及焊接力学行为的分析己有足够的精度，但如果精确的研究熔池的形状和尺寸以及内部的热传过程，那么必须进行焊接熔池中流体动力学状态的分析。
1.3  本课题主要研究的内容
本文主要通过选取焊接过程中合适的工艺参数，建立数学模型，运用有限元软件ADINA对钛合金激光-MIG复合焊接过程进行三文实时动态瞬时模拟，并在此基础上进行瞬时温度场的分析。课题研究内容如下： ADINA钛合金发动机壳体焊接过程数值模拟(2):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_6166.html