Порядок выполнения работы
Лабораторная работа проводится на персональных компьютерах с предварительно установленным и протестированным пакетом MathCAD 2001 Prof
1 Получить задание у преподавателя, пользуясь данными таблиц 1 и 2 (см. приложение 1)
2 Запустить программу MathCAD 2001 Prof, щелкнув указателем мыши по соответствующей пиктограмме
3 Открыть файл с шаблоном расчета
4 Ввести из таблицы 1 в соответствующие поля файла необходимые для расчета теплофизические константы
5 Ввести из таблицы 2 параметры лазерной обработки, требуемые для данного расчета
6 Рассчитать и получить графическое изображение зависимостей температуры и скорости нагрева-охлаждения, градиента температур и т.д. от координат(ы) и /или времени. Примеры получаемых зависимостей представлены на рисунках 1 и 2
Рисунок 1 - Пример графического вида результата расчета температуры материала на стадии нагрева в зависимости от глубины Z
Рисунок 2 - Пример графического вида результата расчета скорости нагрева материала по глубине (Z) и времени (t)
Внимание! П.п. 7 и 8 выполняются под строгим контролем преподавателя
7 Сохранить в файле-отчете входные данные, сделанные оценки, полученные результаты, включая графики
8 Распечатать результаты расчетов
9 Сделать выводы об использованной модели и полученных результатах
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1 Цель работы.
2 Описание методики расчета и анализа исходных данных
3 Математические зависимости, по которым производятся расчеты, с расшифровкой аргументов функций
4 Описание общей блок-схемы расчетной программы
5 Варьируемые данные, используемые при проведении расчетов
6 Результаты моделирования, представленные в текстовом и графическом виде
7 Выводы о влиянии теплофизических постоянных материала и режимов обработки на тепловые поля при импульсном лазерном воздействии
8 Выбор оптимального режима лазерного воздействия
Приложение 1
Варианты заданий для выполнения лабораторной работы
Таблица 1
| Свойства | Fe | Ti | Ni | Al | Латунь | Cталь 45 | У8 | Р18 | ШХ15 | |
| Плотность, ´103, кг/м3 | 7,874 | 4,505 | 8,91 | 2,7 | 8,6 | 7,83 | 7,84 | 8,8 | 7,81 | |
| Температура плавления, К | 885-1500 | |||||||||
 Теплоемкость, Дж/кг×К | 300К | 530,8 | 443,6 | |||||||
| 800 К | 646,9 | - | - | |||||||
| 1200 К | 989,2 | - | - | |||||||
| Теплопроводность, Вт/м×K | 300 К | 75,8 | 22,3 | |||||||
| 873 К | - | |||||||||
| 1000 К | 27,5 | - | - | - | ||||||
| 1500 К | 28,6 | 35,15 | ~100 | - | - | - | - | - | - |
Таблица 2
| Режимы: | Квант-16 | Квант-15 | Квант-60 |
| Мощность лазерного воздействия, [Вт] | 10-25 | 2-5 | < 20 |
| Энергия импульса, [Дж] | < 30 | 6,3 | < 6 |
| Длительность импульса, [с] | (4-10)×10-3 | (0,6-4)×10-6 | - |
| Диаметр лазерного пятна, [см] | 0,1-0,5 | 0,05-0,13 | (5-10)×10-3 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 Назовите известные Вам теплофизические модели и объясните их различия.
2 Опишите используемую в данной лабораторной работе модель.
3 Опишите границы применимости вашей теплофизической модели, которая используется в данной лабораторной работе.
4 Какие параметры импульсной лазерной обработки могут быть определены при моделировании?
5 Какие данные необходимы для проведения расчетов?
6 Для каких технологических процессов ваша модель применима?
7 Как зависит результат вашего расчета от числа точек разбиения?
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Дьяконов В. П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 PRO. - М.: СК Пресс, 1998.
2 Бертяев Б. И., Завестовская И. Н., Игошин В. И., Катулин В. А., Шишковский И. В. Физические основы моделирования и оптимизации процесса лазерной поверхностной закалки сталей. Труды ФИАН - М.: Наука. - 1989. - Т.198, С.5-23.
3 Веденов А. А., Гладуш Г. Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.; Энергоатомиздат, 1985. – 208 с.
4 Лазерная и электролучевая обработка материалов: Спpавочник / Под pед. Н.Н.Рыкалина М.: Машиностроение, 1985. 496 с.
5 Григорьянц А. Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: «Машиностроение», 1989. - 301 с.
6 Марочник сталей и сплавов: Справочник / Под ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
7 Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. И. К. Кикоина М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.
8 Свойства элементов: В 2 ч. Ч. 1. Физические свойства: Справочник/ Под ред. Г. В. Самсонова. М.: Металлургия, 1976. 600 с.
Лабораторная работа №5.