Использование ЭВМ для расчетов полей температур
Использование вычислительных машин для расчетов полей температур при сварке может быть различным в зависимости от поставленной задачи.
В простейшем случае ЭВМ используют для расчетов по известным формулам, и если выражения не содержат каких-либо специальных функций, то результат может быть найден даже на клавишных машинах. В ряде формул содержится функция Бесселя Ко, определение значений которой при работе с клавишными машинами возможно по таблицам. Если расчет нужно выполнить для серии точек по одной и той же формуле, то лучше составить программу или воспользоваться готовой программой для ЭВМ, если таковая имеется, указав исходные данные для конкретного расчета.
В указанном выше примере ЭВМ используется лишь для экономии времени и облегчения труда расчетчика. Более высокая ступень использования ЭВМ — интегрирование определенных интегралов и решение систем уравнений. В частности, расчет температур в стадии теплонасыщения по формул&м (6.21), (6.25), (6.29), при многократном отражении теплоты от границ тела (6.49), (6.52), в телах вращения (6.56), (6.58), (6.61), при учете распределенности источников теплоты (6.73) целесообразно при массовых расчетах выполнять на ЭВМ путем составления специальной программы. Решение уравнения (6.85) путем линеаризации функции q на отдельных участках At с последующим вычислением (6.83), (6.84) также удобно выполнять по специальной программе на ЭВМ. Примером решения уравнений с помощью ЭВМ может быть случай расчета температур и ширины проплавления при электрошлаковой сварке [см. (7.50) и п. 7.9].
Весьма эффективно использование ЭВМ в задачах оптимизации параметров режимов сварки, например, по скорости охлаждения в заданном интервале температур (см. п. 7.4). Представленные в п. 7.4 случаи ограничены примерами использования формул для быстродвижущихся источников теплоты. Для уменьшения скоростей охлаждения металла часто специально понижают скорость сварки и в этом случае необходимо использовать формулы типа (6.26). Выразить в явном виде скорость охлаждения dT/dt при определенном значении Т не удается. Подбор оптимальных q и и для обеспечения заданной скорости охлаждения в конкретном интервале температур, в особенности если еще ставится задача минимизации длительности пребывания металла выше определенной температуры, без ЭВМ практически невозможен.
Особый случай расчета тепловых процессов, который может быть выполнен только с использованием крупных ЭВМ, — расчет с учетом зависимости теплофизических характеристик металла от температуры. Достаточно обратиться к рис. 5.3 и 5.5, чтобы убедиться в том, что использование в расчетах средних значений ср, X и а, а также а (см. рис. 5.6) и Ь, зависящего от а, сопряжено со значительными неточностями, достигающими нередко десятков процентов от результата. Качественно картина тепловых процессов, рассчитанных при переменных теплофизических свойствах, сохранится безусловно той же самой, что представлена в гл. 6 формулами, полученными при постоянных значениях теплофизических коэффициентов. Количественные результаты, получаемые по формулам, которые приведены в разд. II настоящего учебника, могут существенно отличаться от результатов, которые получены экспериментально.
Из-за этого в инженерных расчетах вынужденно вводят высокие коэффициенты запаса, например, при определении скоростей охлаждения, длительности пребывания металла при высоких температурах, а также в других случаях чаще обращаются к экспериментальным данным. Расчеты с зависящими от температуры теплофизическими характеристиками существенно сложнее, чем изложенные в настоящей главе, и могут выполняться только с помощью ЭВМ. В этом случае расчеты выполняют либо с использованием метода конечных элементов, либо с использованием метода сеток. Эти методы позволяют рассчитывать температурные поля для тел со сложным контуром, а также при движении источника теплоты по криволинейной траектории. Изложение указанных методов расчета выходит за рамки учебника.
