بررسی المان محدودی توزیع حرارت در قطعات جوشکاری با استفاده از روش مش تطبیقی

Abstract

در این مقاله با استفاده از روش المان محدود تطبیقی به تحلیل حرارتی المان‌های ورق در حال جوشکاری به‌منظور دستیابی به یک شبیه‌ساز فرآیند جوشکاری پرداخته می‌شود. هدف از این شبیه‌ساز، کاهش هزینه‌های آموزش جوشکاری می‌باشد. با افزایش سرعت محاسبات انتقال حرارت در مقایسه با روش‌های رایج المان محدود، این روش زمان محاسبات کمتری دارد و توسعه‌ شبیه‌ساز را امکان‌پذیر می‌کند. لذا از آن به‌عنوان موتور فیزیکی شبیه‌ساز جوشکاری استفاده خواهد شد. مهم‌ترین پارامتر در تحلیل بلادرنگ سرعت محاسبات، دقت می‌باشد. لذا روش مش تطبیقی در حالت پالایش-اچ استفاده و تحلیل حرارتی فرآیند به روش مش ثابت و مش تطبیقی انجام می‌شود. در ابتدا به حل معادله حرارتی پرداخته ‌شده سپس ماتریس سختی، ماتریس ظرفیت و سایر پارامترها به-دست آورده می‌شود. همچنین المان‌ها به‌صورت تتراهدال 3 بعدی به‌کمک 3 مختصه‌ی خود درنظر گرفته می‌شوند. برای اعمال شار حرارتی ناشی از قوس جوشکاری از مدل قوسی پائولیک استفاده می‌گردد. پارامترهای موردمطالعه در معادلات، ولتاژ، جریان، سرعت جوشکاری و خصوصیات ورق جوشکاری هستند که بصورت متغییر با دما در نظر گرفته شد. مقایسه زمان و دقت نتایج به‌دست آمده سیکل حرارتی حاصل از جوشکاری الکترود دستی به روش مش تطبیقی نشان می‌دهد که کاهش مطلوب زمان محاسبات، تأثیر نامناسبی بر دقت نتایج حاصل نمی‌گذارد.