Расчет температурного поля при нагреве движущимся источником тепла с помощью математического пакета MathCAD

ФГБОУ ВПО  УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

 ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ  РАБОТА

 

по  дисциплине

«Основы компьютерного моделирования»

 

 

 

 

 

 

 

Группа ВТТ-406
Выполнил	_______________	_________________	Л.Ю.Парбукина
	(дата)	(подпись)	(И.О.Фамилия)
Принял	_______________	_________________	А.Р.Хамзина
	(дата)	(подпись)	(И.О.Фамилия)

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………….3
2. Расчет  температурного поля при нагреве движущимся источником тепла с помощью математического пакета MathCAD…………………..4
3. Заключение…………………………………………………………………8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

          Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т. н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.

     Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов — сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.

 

    В данной расчетно-графической  работе рассчитаем температурное  поле при нагреве движущимся  источником тепла с помощью  математического пакета MathCAD

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  температурного поля при нагреве  движущимся источником тепла с помощью  математического пакета MathCAD.

1.Ввод данных

Теплофизические характеристики материала 40Х13

 коэфицент темпервтуропроводности

 

 обёмная теплоёмкость

коэффициент  теплопроводности

 

 

температура  плавления

 

Параметры  описывающие форму детали

толщина пластины

Условия  теплообмена  с окружающей  средой

Коэффициент  теплоотдачи

Коэффициент температуроотдачи 

 

 

 

 

 

Параметры  режима сварки  (наплавки)

начаальная  температура

Скорость перемещения плазматрона

Напряжение на дуге

Ток дуги

Диаметр струии

Табличные характеристика источника тепла

 

 

 

 

Эффективный КПД процесса

 

 

 

 

2. Рачсет характеристик источник тепла

Эффективная мощность источника тепла

Погонныя энергия

Коэффицент сосредоточенности источника тепла

Максимальная плотность мощности в центре пятна нагрева

Функция пользователя, описывающая  распределение плотности теплового  потока по пятну нагреву

 

 

 

Ориентировочное значение диаметра и  радиуса пятна нагрева

 

 

 

 

 

 

 

Рис1.Распределение плотности мощности по пятну нагрева

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Задание функции, описывающей  распределение температуры

Вспомогательная функция пользователя r=f(х,y),возвращающая расстояние между точкой и началом на пдлоскости

Вспомогательная  функция пользователя  r=f(x,y,z),возвращающая  расстояние  между точкой  (x,y,z) и началом координат в трехмерном  постранстве

Функция  пользователя ,описывающая  приращение  температуры поле  в  бесконечной пластине , при нагреве линейным источником , для  квазистационарного  поля

 

 

 

Функция  пользователя ,описывающая  приращение  температуры  поле  в бесконечной пластине  с  теплоизолированой  поверхностью , при  нагреве  линейным  источником ,для квазистационарного   поля

 

Функция пользователя, описывающая  приращение температуры  поле  в  полубесконечной  теле , при нагреве точечным  источником , для квазистционарного поля

 

Функция  пользователя ,описывающая  квазистационарное температурное  поле  в бесконечной пластине ,при  нагреве линейным  источником

 

Функция пользователя ,описывающая  квазистационарно  температурное  поле  в бесконечной теплоизолированной  пластине ,при  нагреве линейным  источником

Функция  пользователя ,описывающая  квазистационарное температурное  поле в полубесконечном  теле ,при  нагреве точечным  источником

Вычисление  значени  температуры  в  точке  с  координатами  (x0,y0)

 

 

 

 

 

 

 

4. Построение графиков  распределения температуры

Р и с 2. Р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а т у р ы  в п л о с к о с т и XOZ в д о л ь  п р я м ы х  п а р а л л е л ь н ы х  о с и XO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р и с 3. Р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а т у р ы  п е р е д  и с т о ч н и к о м

Р и с 4. Р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а т у р ы  з а и с т о ч н и к о м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В настоящей  работе  сформулирована математическая модель

температурного  поля при нагреве движущимся источника тепла. Проведены расчеты характеристик источника тепла, построение графиков распределения тепла. Показано, что мы можем изменять параметры плазменного напыления, что в дальнейшим будет оказывать

значительное влияния на эффективность напыления. Так же был использован математический пакет MathCAD. Он являетя одним из способов компьютерного моделирования.