MSC.Marc有限元分析及其激光焊接過程實現

占小紅，南京航空航天大學二級教授、博士生導師。主要從事激光加工、增材制造、先進焊接與連接等領域相關的機理、技術與裝備研究。入選國家“萬人計劃”科技創新領軍人才、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才、江蘇省“333人才”。擔任中國機械工程學會焊接學會理事、中國機械工程學會再制造工程分會委員等學術職務。主持承擔國家級項目十余項、航空航天型號研制十余項。研究成果成功應用於大型民用客機、軍用飛機、運載火箭、XXX等重大型號的研制與批產。在行業知名期刊發表SCI論文150余篇，獲授權發明專利60余件，出版專著1部。獲江蘇省科學技術獎一等獎、航空工業科技進步二等獎、江蘇省教學成果二等獎兩項、南航教學優秀獎一等獎等。

目錄

第1章有限元法的基本理論

1.1概述

1.2有限元法簡介

1.3有限元法的發展與現狀

1.3.1有限元法的發展歷史

1.3.2有限元法的研究現狀

1.4有限元法的由來及基本思想

1.4.1有限元法的由來

1.4.2有限元法的基本思想

1.5有限元分析的一般過程

1.5.1結構的離散化

1.5.2單元分析

1.5.3整體分析

1.6有限元法的特點

1.7有限元法的應用領域

1.8本章小結

第2章彈性力學問題有限元法的一般原理

2.1彈性力學的基本假設

2.2彈性力學的基本概念

2.2.1外力

2.2.2應力

2.2.3應變

2.2.4位移

2.2.5主應力

2.2.6相當應力

2.2.7主應變

2.3彈性力學的基本方程

2.3.1外力與內力的關系——平衡微分方程

2.3.2位移與應變的關系——幾何方程

2.3.3應變與應力的關系——物理方程

2.3.4邊界條件

2.4彈性理論問題的解題方法

2.5彈性力學中的能量原理

2.5.1虛功原理

2.5.2最小勢能原理

2.5.3最小余能原理

2.6兩類平面問題

2.6.1平面應力問題

2.6.2平面應變問題

2.7彈性體的位能

2.7.1應變能

2.7.2外力位能

2.7.3彈性體的總能

2.8有限元法求解問題的基本步驟

2.9本章小結

第3章熱傳導問題有限元法的一般原理

3.1熱傳導方程

3.1.1傅裏葉定律

3.1.2熱傳導的控制方程

3.1.3初始條件和邊界條件

3.2有限元解法原理

3.2.1有限元法簡介

3.2.2變分法

3.2.3簡單三角形單元變分法分析

3.2.4加權余量法

3.3本章小結

第4章MSC.Marc的功能和特點

4.1MSC.Marc軟件簡介

4.1.1MSC.Marc軟件的主要模塊

4.1.2Marc 2020安裝後的目錄

4.1.3Marc 2020的幫助文檔

4.2MSC.Marc主要功能分析

4.2.1結構分析

4.2.2熱分析

4.2.3多物理場分析

4.2.4聯合仿真分析

4.3MSC.Marc的建模分析流程與常用文件

4.3.1建模流程

4.3.2分析流程

4.3.3常用文件

4.4MSC.Marc的軟件接口功能

4.4.1模型導入

4.4.2模型導出

4.5本章小結

第5章MSC.Marc入門教程

5.1MSC.Marc的前後處理功能模塊

5.1.1幾何和分網

5.1.2表格和坐標系的定義

5.1.3幾何特性

5.1.4材料特性定義

5.1.5接觸定義

5.1.6初始條件定義

5.1.7邊界條件定義

5.1.8網格自適應

5.1.9分析工況的定義

5.1.10作業參數的定義並提交運行

5.1.11後處理

5.2MSC.Marc求解平板對接電弧焊接熱過程

5.2.1平板模型的建立

5.2.2網格劃分

5.2.3材料物性參數設置

5.2.4焊接路線設置

5.2.5定義初始條件

5.2.6定義邊界條件

5.2.7定義焊接過程

5.2.8定義冷卻過程

5.2.9定義作業

5.2.10後處理

5.3本章小結

第6章基於MSC.Marc求解典型結構激光與電弧焊接過程

6.1基於MSC.Marc求解鋁鋰合金平板對接激光焊接過程

6.1.12060鋁鋰合金焊接過程有限元模型的建立

6.1.22060鋁鋰合金對接結構激光焊接溫度場仿真分析

6.2基於MSC.Marc求解鋁鋰合金T型結構雙激光束雙側同步焊接過程

6.2.12195鋁鋰合金T型結構焊接過程有限元模型的建立

6.2.22195鋁鋰合金T型結構焊接工藝優化有限元分析

6.3基於MSC.Marc求解Invar合金激光-電弧復合焊接過程

6.3.1Invar合金復合焊接有限元模型建立

6.3.2Invar合金激光-MIG復合焊溫度場求解與分析

6.4基於MSC.Marc求解Invar鋼多層多道MIG自動焊接過程

6.4.1Invar鋼焊接過程有限元模型的建立

6.4.2Invar鋼焊接工藝優化有限元分析

6.5本章小結

第7章典型工程機械結構焊接過程建模與仿真案例分析

7.1問題描述

7.2大噸位履帶吊轉臺結構件有限元模型的建立

7.2.1幾何模型及單元網格劃分

7.2.2大噸位履帶吊轉臺結構件材料參數庫建立

7.2.3焊接路徑定義

7.2.4填充金屬定義

7.2.5初始條件及邊界條件定義

7.2.6定義工況

7.2.7定義作業

7.3大噸位履帶吊轉臺結構件模擬結果分析和驗證

7.3.1轉臺結構件焊後殘余應力分布

7.3.2轉臺結構件焊後等效應力分布

7.3.3轉臺結構件焊後殘余變形分布

7.3.4轉臺結構件焊後殘余變形結果驗證

7.4轉臺結構焊接變形控制與優化

7.4.1組件焊接順序優化

7.4.2分段焊接順序優化

7.4.3長短焊接順序優化

7.5本章小結

第8章典型航天結構激光焊接過程建模與仿真案例分析

8.1需求介紹

8.2鋁鋰合金蒙皮-桁條結構火箭貯箱雙激光束雙側同步焊接過程

8.2.1問題描述

8.2.2鋁鋰合金蒙皮-桁條三桁條典型件結構雙激光束雙側同步焊接有限元建模

8.2.3鋁鋰合金蒙皮-桁條模擬段結構雙激光束焊有限元建模與仿真分析

8.3鋁合金蒙皮-桁條結構推進艙雙激光束雙側同步焊接過程

8.3.1問題描述

8.3.2蒙皮-桁條結構有限元建模

8.3.3蒙皮-桁條結構試片件熱機耦合模擬結果

8.3.4典型件結構熱機耦合模擬結果

8.3.5模擬段熱機耦合模擬結果

8.4本章小結

第9章激光增材制造過程建模與仿真案例分析

9.1Invar合金激光熔化沈積過程溫度場有限元仿真分析

9.1.1問題描述

9.1.2有限元模型建立

9.1.3溫度場結果與分析

9.2TC4表面激光熔覆FeCoCrNi合金過程溫度場有限元仿真分析

9.2.1問題描述

9.2.2高熵合金激光熔覆有限元模型建立

9.2.3溫度場結果與分析

9.3飛機典型零件表面激光熔覆微-納米耦合仿生層過程有限元仿真分析

9.3.1綜述

9.3.2激光熔覆TC4/WC復合層有限元模型建立

9.3.3應力場和變形模擬結果與分析

9.4本章小結

參考文獻