[发明专利]一种铝合金焊接熔池微观组织的模拟方法

权利要求书

1.一种铝合金焊接熔池微观组织的模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、简化模型条件；

步骤2、基于传热原理，构建宏观温度场模型；

步骤3、基于插值原理，构建微观温度场模型；

步骤4、基于凝固理论，构建晶粒形核与生长模型；

步骤5、模拟计算及结果导出。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金焊接熔池微观组织的模拟方法，其特征在于，所述步骤1简化模型建立条件包括：

简化条件1、整个凝固过程只存在液相、固相和界面三种元胞状态；

简化条件2、将焊接熔池简化为规则的半圆形状；

简化条件3、模拟过程中忽略动力学过冷，只考虑温度过冷、成分过冷和曲率过冷；

简化条件4、模拟区域划分为正方形单元，每一个单元即为一个元胞；

简化条件5、元胞邻域关系采用V.Neumann型邻域，即四邻域。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金焊接熔池微观组织的模拟方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：

模拟时选取高斯分布热源作为焊接热源，该热源模型由下式表示：

式中：r为焊件上任一点到热源中心的距离/m；r_h为电弧有效热源半径/m；U为焊接电压/V；I为焊接电流/A；η为焊接热效率。

热源加载到焊件上后，在焊件的表面和内部进行传导，热传导方程由下式表示：

式中：T为温度场函数值/K；ρ为密度/Kg·m^-3；C_ρ为容积比热容/J·(m³·K)^-1；λ为热导率/W·(m·K)^-1。

确定导热的初始条件和边界条件，初始条件由下式确定：

T(x,y)＝T_f (3)；

式中：T_f为模拟区域初始温度/K，T_f为室温293K。

边界条件由下式确定：

q_w＝hw(T-T_f) (4)；

式中：T为试件表面温度/K；T_f为周围介质温度/K；hw为换热系数/W/(m²*K)。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金焊接熔池微观组织的模拟方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：

假定材料在各个方向的热导率相同，根据插值原理，将(2)式转化为：

式中：Δx为网格尺寸；Δt为时间步长；(i,j)为微观元胞的坐标；T_i,j为微观元胞(i,j)的当前温度值/K；T′_i,j为微观元胞(i,j)的下一时刻温度值/K。