Схематизация нагреваемых тел

Характер распространения теплоты существенно зависит от формы и размеров сварного соединения. При тепловых раcчетах применяются следующие расчетные схемы.

Бесконечное тело – границы тела не влияют на распространение теплоты. Температурное поле T(x,y,z,t) объемное.

Полубесконечное тело. Этой схеме соответствует деталь с одной ограничивающей плоскостью z = 0. Эта схема используется при расчетах температурных полей при наплавке валиков на массивное тело.

Бесконечная пластина ¾ тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z = 0 и z = d, где d ¾ толщина пластины.

Температура по толщине пластины распределена равномерно (не зависит от координаты z). Температурное поле T(x,y,t) двухмерное. Эта расчетная схема применяется при расчетах температурных полей при сварке тонких листов.

Бесконечный стержень – тело, ограниченное боковой поверхностью стержня с площадью поперечного сечения F. Температурное поле T(x,t) одномерное. Эта расчетная схема применяется при расчетах температурных полей при сварке стержней встык.

Классификация источников

С целью упрощения математического анализа тепловых процессов при сварке возникает необходимость схематизации и классификации источников теплоты. Классификация осуществляется по следующим признакам:

1. По характеру распределения в пространстве.

2. По характеру распределения во времени.

Реальные источники всегда распределены по объему тела. Однако источник может быть преимущественно распределен в трех, двух или одном направлениях. Соответственно различают математические модели точечных, линейных или плоских источников. При выборе математической модели источника руководствуются следующей схемой

По характеру распределения во времени источники делят на мгновенные и непрерывные, причем интенсивность непрерывных источников может изменяться во времени.

Характер действия источников в пространстве и во времени определяется также их перемещением относительно рабочего тела. При этом различают источники подвижные и неподвижные.

Все многообразие схем источников можно свести к мгновенному точечному источнику. Его физическая схема – в бесконечно малый объем в бесконечно малый промежуток времени вводится конечное количество теплоты Q. Это является одним из граничных условий при решении дифференциального уравнения теплопроводности, когда вместо температуры задается распределение теплоты

Все остальные рассмотренные выше источники можно получить из совокупности мгновенных точечных, пользуясь принципом суперпозиции. Он заключается в алгебраическом сложении или, в пределе, интегрировании температур от действия отдельных источников (Т=Т₁+Т₂). Принцип суперпозиции применим только при условии независимости теплофизических свойств от температуры.