4. Методика виконання курсової роботи

Спочатку, виходячи із завдання роботи, вибирають розрахункову схему та відповідне її рівняння граничного стану для визначення температурного поля.

Після ретельного аналізу вибраної розрахункової формули розраховують температурне поле.

4.1. Вибір розрахункової формули

Для даного завдання вибираємо таку розрахункову схему: дія потужного точкового джерела, що швидко рухається на поверхні пів нескінченного тіла з адіабатичною границею (ПТШД).

Таку схему зазвичай використовують у разі автоматичного дугового наплавлення поверхонь масивних деталей.

Рівняння граничного стану поширення теплоти має вигляд:

∆T= ,

де, ∆T – зростання температури точки твердого тіла, град;

– ефективна теплова потужність джерела, I_зв U_зв ;

I_зв – сила зварювального струму, А;

U_зв – напруга зварювальної дуги, В;

- ефективний ККД нагріву деталі зварювальною дугою;

– коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м³*град);

t – час, t=-x/v;

х, y, z – прямокутні координати рухомої системи, м;

v – швидкість зварювання, м/с;

– коефіцієнт температуропровідності, м²/с.

Після ретельного аналізу вибраної розрахункової формули розраховуємо температурне поле в послідовності, наведеній нижче.

4.2. Розрахунок розподілу температур у напрямку осі X

У випадку дії потужних джерел, що швидко рухаються (ПТШД. ПЛШД), для розрахунку температур у напрямку осі Х у формулі (), в яких відсутня координата Х, потрібно увести заміну

t=-x/v.

За допомогою програми MathCad проводимо розрахунки для двох режимів. Вводимо всі необхідні дані та значення теплофізичних величин для середньо вуглецевої сталі наведені в таблиці 2.

Таблиця 2. Усереднені для 850 К значення теплофізичних величин деяких сталей

Матеріал			а	α
	Вт/(м )	Вт/( )	м2/с	Вт/( )
Низьковуглецева сталь	40	49 105	81 10-3	30
Середньовуглецева сталь	35	50 105	70 10-3	27
Низьколегована сталь	32	52 105	62 10-3	25

Розрахунок розподілу температур у напрямку осі X для режиму зварювання №1

I:=200 A U:=24 B V:=0.01 м/с ɳ:=0.85

λ:=32 Вт/(м ) а:=62 10^-3 м²/с

I_зв U_зв 4.08 10³ Вт х:=-0.2. -0.2+0.0001…0.05

У:=(0 0.00332 0.0035 0.0037 0.0040 0.0043 0.0046 0.0049 0.0052 0.0055 0.0058)

∆T= ,

Погонна енергія Q:=q/v Q:= 4.08 10⁵ Вт с/м

Розрахунок розподілу температур у напрямку осі X для режиму зварювання №2

I:=340 A U:=34 B V:=0.011 м/с ɳ:=0.85

λ:=32 Вт/(м ) а:=62 10^-3 м²/с

I_зв U_зв 9.826 10³ Вт х:=-0.2. -0.2+0.0001…0.05

У:=(0 0.00487 0.00505 0.00525 0.0055 0.0058 0.0062 0.0067 0.0073 0.008 0.0087)

∆T= ,

Погонна енергія Q:=q/v Q:= 8.843 10⁵ Вт с/м

Відповідні графіки розподілу температур у напрямку осі Х для двох режимів зварювання зображені на рис.1 та рис.2.

Аналізуючи графіки розподілу температур вздовж осі Х (рис.1 та рис.2) можна сказати, що погонна енергія суттєво впливає на розподіл ізохрони температурного поля. Так у першому випадку розповсюдження температурного поля є значно менше ніж у другому, оскільки погонна енергія у першому є меншою ніж у другому випадку.