Введение
Глава 1. Существующие модели сварочной дуги 9
1.1 Физико-математическое моделирование 9
1.2 Методология математического моделирования 10
1.2.1 Этапы математического моделирования 10
1.2.2 Классификация математических моделей 12
1.3 Методы решения систем уравнений физико-математических моделей 13
1.3.1 Аналитические методы 13
1.3.2 Численные методы 14
1.4 Адекватность математических моделей 15
1.5 Моделирование дугового разряда 15
1.5.1 Свойства сварочной дуги 18
1.5.2 Столб дуги 20
1.5.3 Методы решения 24
1.6 Моделирование приэлектродных областей 25
1.6.1 Катодные явления 26
1.6.1.1 Зона ионизации 27
1.6.1.2 Зона пространственного заряда 28
1.6.2 Анодные явления 30
1.6.2.1 Моделирование явлений в анодной области 31
1.6.2.2 Экспериментальные данные 33
1.7 Опубликованные результаты моделирования дуги при сварке неплавящимся электродом 34
Выводы по первой главе 36
Цели и задачи работы 37
Глава 2. Разработка математической модели сварочной дуги 38
2.1 Феноменологическая постановка задачи процесса горения сварочной дуги 38
2.2 Математическая постановка задачи процесса горения сварочной дуги 40
2.3 Принятые допущения и физические процессы, учитываемые в модели 41
2.4 Математическая модель столба дуги 43
2.5 Коэффициенты переноса, термодинамические функции и уравнение состояния 48
2.6 Математическая модель катодной области 55
2.7 Математическая модель анодной области 61
Выводы по второй главе 64
Глава 3. Численная реализация модели 65
3.1 Выбор метода решения 65
3.2 Разностная сетка и особенности алгоритма 67
3.3 Выбор схемы численного решения. Условия устойчивости 69
3.4 Численное решение уравнений подмодели столба дуги 72
3.5 Численное решение уравнений подмоделей приэлектродных областей 87
3.5.1 Разностная сетка 87
3.5.2 Построение разностной схемы 87
3.6 Численная итерационная процедура 90
3.7 Программное обеспечение TIGARC 93
Выводы по третьей главе 96
Глава 4. Адекватность численной имитации 97
4.1 Проведение эксперимента для верификации 98
4.1.1 Экспериментальная установка 98
4.1.2 Методы исследования 99
4.2 Погрешности результатов эксперимента 100
4.3 Погрешность моделирования 105
Выводы по четвертой главе 109
Глава 5 Исследования влияния геометрии дугового промежутка на распределение теплового потока и давления по поверхности анода 110
5.1 Результаты имитационного моделирования 111
5.2 Аппроксимация зависимостей физических параметров 117
Выводы по пятой главе 121
Основные выводы по работе 122
Список литературы
