Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой (стр. 13 из 17)
Рисунок 4.6 - окно расчета температурного поля при наплавке без подогрева
Для вызова окна расчета температурного поля при наплавке с подогревом необходимо выбрать пункт меню "С подогревом". Вид окна приведен на рисунке 4.7
Для построения графика необходимо выбрать вид зависимости, ввести исходные данные и нажать кнопку "Принять". Для формирования отчета служит кнопка "Отчет". Для расчета параметров подогрева предназначена закладка "Параметры подогрева". Расчет производится после ввода исходных данных и нажатия кнопки "Принять".
Рисунок 4.7 - окно расчета температурного поля при наплавке с предварительным подогревом
Проведем анализ выходных данных, полученных в результате работы программного комплекса.
Рассмотрим безразмерные критерии. Эти критерии показывают характер зависимости безразмерной температуры от безразмерного времени и безразмерной скорости нагрева и не зависят от теплофизических и геометрических параметров порошковой проволоки.
График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерного времени нагрева приведен на рисунке 4.8 Из графика видно, что разность температур по толщине сердечника увеличивается с увеличением времени нагрева.
Рисунок 4.8 - График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерного времени нагрева
График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерной скорости нагрева приведен на рисунке 4.9 Заметим, что разность температур по толщине сердечника очень сильно зависит от скорости нагрева: чем больше скорость, тем больше разность. Следовательно, чтобы уменьшить разность температур, необходимо снизить скорость нагрева. Ниже будут рассмотрены факторы, влияющие на скорость нагрева.
Рисунок 4.9 - График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерной скорости нагрева
График зависимости средней безразмерной температуры от безразмерного времени нагрева приведен на рисунке 4.10 Температура растет по экспоненте и очень сильно зависит от скорости нагрева. В равные моменты времени безразмерная температура составляет 2,2 и 45 при безразмерной скорости нагрева Pd = 1 и Pd = 4 соответственно.
Рисунок 4.10 - График зависимости средней безразмерной температуры от безразмерного времени нагрева
От безразмерных критериев перейдем к размерным и рассмотрим влияние теплофизических и геометрических параметров порошковой проволоки на температурное поле, а также факторы, влияющие на скорость нагрева. Исследуя графические зависимости можно сделать следующие выводы:
неравномерность нагрева оболочки и сердечника зависит от материала оболочки - неравномерность меньше при использовании медной оболочки;
неравномерность нагрева оболочки и сердечника сильно зависит от тока наплавки. Чтобы получить малую неравномерность, необходимо снизить ток;
с увеличением коэффициента температуропроводности шихты снижается неравномерность нагрева оболочки и сердечника и выравнивается распределение температуры по диаметру сердечника;
с увеличением массы сердечника уменьшается неравномерность нагрева;
неравномерность увеличивается при использовании изолирующей прослойки. Наименьшая неравномерность достигается при отсутствии прослойки;
неравномерность зависит от толщины оболочки - с увеличением толщины оболочки неравномерность уменьшается;
с уменьшением диаметра проволоки выравнивается распределение температуры по диаметру сердечника.
Проанализируем факторы, влияющие на скорость нагрева:
ток наплавки сильно влияет на скорость нагрева. Чтобы уменьшить скорость, нужно уменьшить ток;
для уменьшения скорости нужно увеличить массу сердечника;
для уменьшения скорости нужно увеличить удельную теплоемкость сердечника.
Рассмотрим наплавку с предварительным подогревом. С помощью графических зависимостей можно сделать следующие выводы:
для достижения равномерности нагрева оболочки и сердечника необходимо положить скорость нагрева оболочки порошковой проволоки на несвободном вылете практически равной нулю;
для выравнивания нагрева сердечника по сечению порошковой проволоки необходимо достаточное время нагрева на вылете.
Контроль программного продукта осуществляется в следующем порядке:
проверка запуска программы.
Программа должна не вызывать нарушений в работе других программ. Если программа не запускается, следует проверить, нет ли каких-либо сбоев в операционной системе. При обнаружении таких сбоев их следует ликвидировать и повторить запуск программы.
проверка контроля вводимой информации.
Подразумевает ввод в качестве исходных параметров и отслеживание реакции программы на некорректный ввод. Система должна выдавать соответствующие сообщения при некорректном вводе и предлагать повторный ввод.
проверка реакции программы на различные действия пользователя.
Подразумевает выполнение команд меню системы в различном порядке.
проверка корректности завершения работы программы.
После выхода из программы операционная система должна продолжать работать корректно.
Для проверки правильности вычислений приведем тестовый пример.
Расчет безразмерной температуры:
Исходные данные:
Pd = 1;
F0 = 0,85;
= 1.Расчет произведем по формуле:
, 
Результаты работы программы:
Расчет средней безразмерной температуры:
Исходные данные:
Pd = 3;
F0 = 1,05;
Расчет произведем по формуле:
Результаты работы программы:
Расчет температуры оболочки:
Исходные данные:
удельное сопротивление оболочки
Ом*м;температурный коэффициент сопротивления оболочки
0С-1удельная теплоемкость оболочки с0 = 460 Дж/ (кг* 0С);
плотность материала оболочки
кг/м3;удельная теплоемкость сердечника сс = 276 Дж/ (кг* 0С);
коэффициент теплопроводности а = 0,4*10-6
масса серд / массу оболочки = 0,5;
диаметр проволоки d = 0,003 м;
плотность тока j =
А/м2;неравномерность нагрева m = 0,8;
температура окружающей среды Т0 = 25 0С.
Расчет произведем по формуле:
,где:
;
при t = 8 c:
.
Результаты работы программы:
Расчет температуры сердечника:
Исходные данные: те же.
Расчет произведем по формуле:
;
Результаты работы программы:
Согласно ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ "Опасные и вредные производственные факторы. Классификация" производственные факторы делят на следующие группы: