基于ansys的重軌淬火溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)仿真分析畢業(yè)論文設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)

【導(dǎo)讀】溫度的非線性變化、熱傳導(dǎo)及高壓氣體冷卻等動(dòng)態(tài)邊界條件，運(yùn)用ANSYS軟件，采用有限單元法，建立了淬火重軌的瞬態(tài)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的三維模型。ANSYA軟件仿真淬火重軌各個(gè)時(shí)間段的溫度場(chǎng)。選擇合理的噴風(fēng)壓強(qiáng)，最終得到理想的索氏體組織。相應(yīng)的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。計(jì)算了強(qiáng)制冷卻、空氣自然。得到最佳的噴風(fēng)冷卻時(shí)壓強(qiáng)，從而為實(shí)際生產(chǎn)制定合理的重軌淬火工藝提。Keywords：Heavyrail，Quenching，Temperaturefield，Stressfiled，ANSYS

　　

【正文】 （ 1） 將熱單元轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)單元。在主菜單中選擇【 Preferences】命令，彈出設(shè)定分析模塊對(duì)話框，勾選【 Structural】復(fù)選框 .單擊【 OK】按鈕。在主菜單中選擇【 Preferences】 【 Element Type】 【 Switch Elem Type】命令，彈出單元轉(zhuǎn)換對(duì)話框，在下拉菜單中選擇【 Thermal to Struc】選項(xiàng)（如圖 315），單擊【 OK】按鈕，完成熱單元到結(jié)構(gòu)單元轉(zhuǎn)換。 圖 315 單元轉(zhuǎn)換 （ 2） 為結(jié)構(gòu)分析材料屬性。 線膨脹系數(shù) ，泊松比 ，彈性模量 220Gpa。在主菜單中選擇【 Preprocessor】 【 Material Props】 【 Material Model】命令，選擇【 Structural】選項(xiàng)。選擇【 Linear】 【 Elastic】 【 Isotropic】，如圖 316 所示輸入 彈性模量和泊松比。再選擇【 Thermal Expansion】 【 Secant coefficient】 【 Isotropic】 ,如圖 317 所示輸入線膨脹系數(shù)。 圖 316 彈性模量和泊松比 圖 317 線膨脹系數(shù) 2 18 10. 施加熱載荷 （ 1） 在通用菜單中選擇【 Select】 【 Everything】命令，選取所有元素。 （ 2） 施加溫度載荷。在主菜單中選擇【 Solution】 【 Define Loads】 【 Apply】【 Structural】 【 Temperature】 【 From Therm Analy】命令，系統(tǒng)將彈出【 Apply TEMP From Thermal Analysis】對(duì)話框，單擊【 Browse】按鈕，彈出文件選擇窗口，在工作目錄中選擇“ ”文件。完成選擇后單擊【 OK】按鈕。 11. 求解，結(jié)構(gòu)分析 在主菜單中選擇【 Solution】 【 Solve】 【 Current LS】命令，彈出求解確認(rèn)對(duì)話框，單擊 OK 按鈕，求解開(kāi)始。求解完畢后會(huì)彈出提示對(duì)話框。單擊提示對(duì)話框中的 OK 按鈕，則求解結(jié)束。 12. 查看應(yīng)力場(chǎng)分布 在主菜單中選擇【 General Postproc】 【 Plot Results】 【 Contour Plot】 【 Nodal Solution】命令，在彈出的 Contour Nodal Solution Data 對(duì)話框中，選擇【 Nodal Solution】 【 Stress】 【 von Mises stress】，如圖 318 所示。單擊 OK，則得到重軌應(yīng)力場(chǎng)分布圖 (如圖 318)。 圖 318 重軌應(yīng)力場(chǎng)分布圖 19 第四章 重軌淬火過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分析 研究不同壓強(qiáng)下溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的前提條件 重軌的表面換熱系數(shù)決 定重軌在冷淬過(guò)程中溫度的變化，圖 41 和 42 分別是重軌在 M pa 、 M pa 冷氣的條件下表面對(duì)流換熱系數(shù)隨重軌表面溫度的變化情況。由此，可利用 ANSYS 軟件模擬重軌在 、 Mpa 冷氣的條件下的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)情況，通過(guò)比較分析，出最佳的冷噴壓強(qiáng)。 圖 41 圖 42 不同壓強(qiáng)下噴風(fēng)溫度場(chǎng)對(duì)比分析 （ 1） 2 20 圖 43 t=30s的溫度場(chǎng) 圖 44 t=45s的溫度場(chǎng) 圖 45 t=60s的溫度場(chǎng) 21 （ 2） 圖 46 t=30s的溫度場(chǎng) 圖 47 t=45s的溫度場(chǎng) 圖 48 t=60s的 溫度場(chǎng) 2 22 從上面的這些 ANSYS通用后處理器得到的結(jié)果圖（ 43到 48），可以得到 t=30s、 t=45s和 t =60s的最小溫度分別是 874Mpa、 862Mpa和851Mpa, ，分別是 887Mpa、 881Mpa和 875 Mpa。 可以看出 冷卻能力比 ，在同樣加熱、保溫、冷卻時(shí)間相同條件下，前者溫度下降的快。 不同壓強(qiáng)下噴風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)比分析 （ 1） 圖 49 t=30s的 應(yīng) 力場(chǎng) 圖 410 t=45s的 應(yīng)力場(chǎng) 23 圖 411 t=60s的 應(yīng)力場(chǎng) （ 2） 圖 412 t=30s的 應(yīng)力場(chǎng) 圖 413 t=45s的 應(yīng)力場(chǎng) 2 24 圖 414 t=60s的 應(yīng)力場(chǎng) 由圖 49到 414可以得到 t=30s、 t=45s和 t =60s的最大應(yīng)力分別是 4555Mpa、 8547Mpa和 6345Mpa, ，分 別是 4686Mpa、 8791Mpa和 6529 Mpa。比較分析可得， 用 ，重軌殘余的熱應(yīng)力更小。 由 ANSYS仿真結(jié)果可知，在相同的加熱時(shí)間和保溫時(shí)間的條件下， ，具有冷熱快、殘余應(yīng)力小的優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)際生產(chǎn)的淬火冷卻過(guò)程中更宜用 風(fēng)冷卻，這樣會(huì)提高生產(chǎn)中的淬火效率。 第五章 全文總結(jié) 論文研究結(jié)論 本文主要以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的重軌為研究對(duì)象，借助大型有限元軟件 ANSYS，對(duì)系統(tǒng)中復(fù) 雜的重軌淬火瞬態(tài)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了有限元法的可視化研究。主要研究結(jié)論如下： (1) 根據(jù)傳熱學(xué)及有限元理論，建立了重軌淬火過(guò)程中的三維傳熱模型，模擬真實(shí)工況，施加特定的邊界條件，并對(duì)多種噴風(fēng)壓力情況進(jìn)行有限元分析。獲得了不同的淬火溫度值，并對(duì)比實(shí)際測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證了該模型和該方法的真實(shí)可靠性，為進(jìn)一步分析組織場(chǎng)提供了理論依據(jù)。 (2) 在熱分析過(guò)程中充分考慮非線性的熱物性參數(shù)：比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流化熱系數(shù)隨溫度的變化。計(jì)算模擬淬火過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析，了解了不同的噴風(fēng)壓力對(duì)溫度場(chǎng) 和應(yīng)力場(chǎng)的影響。本研究可 為實(shí) 25 際生產(chǎn)的正常運(yùn)行提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。 論文研究的不足及展望 本論文主要是對(duì)淬火過(guò)程中重軌在不同壓強(qiáng)下噴風(fēng)冷卻的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，但由于本人在 ANSYS軟件運(yùn)用和載荷加載上的不足，以致仿真出的圖形不是非常理想，在這些方面我會(huì)努力學(xué)習(xí)，不斷加強(qiáng)。重軌的淬火過(guò)程包括對(duì)重軌的加熱、保溫、噴風(fēng)冷卻和自然冷卻等方面，在未來(lái)若是對(duì)重軌的淬火過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步研究，則會(huì)對(duì)整個(gè)淬火過(guò)程的各個(gè)方面進(jìn)行更加全面的仿真，以更深的了解淬火過(guò)程的特點(diǎn)，并獲得更多的研究數(shù)據(jù)和結(jié)論，為實(shí)際生產(chǎn) 的正常運(yùn)行提供更有力的參數(shù)參考。 2 26 致 謝 本課題的研究和論文的撰寫(xiě)是在導(dǎo)師馬利杰教授的悉心指導(dǎo)下完成的。馬老師豐富的教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、為人處事的方法、忘我的工作熱情、一絲不茍的工作作風(fēng)和對(duì)學(xué)生多方面的關(guān)心深深地教育和影響我，讓我終身受益。 此外，還要特別感謝機(jī)電學(xué)院的所有代課老師，是他們教會(huì)了我許多知識(shí)；還要感謝機(jī)制 083班的其他同學(xué)，他們?cè)谖宜鸭Y料期間給我很多幫助。他們是我學(xué)習(xí)和生活上的良師益友，與他們的討論和交流都使我取得進(jìn)步 和提高。 27 參考文獻(xiàn) 【 1】 王勖成．有限單元法【 M】．清華大學(xué)出版社． 20xx 【 2】 劉莊，吳肇基，吳景之等．熱處理過(guò)程的數(shù)值模擬【 M】．第一版．北京：科學(xué)出版社， 1996 【 3】 黃日升．鋼軌在整體加熱全長(zhǎng)淬火熱處理過(guò)程中的應(yīng)力分布和變形的粗淺探討【 J】．包鋼科技， 1997 【 4】 謝建斌，程赫明，何天淳等． 1045 銅 ]淬火時(shí)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬【 J】．甘肅工業(yè) 大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx 【 5】 侯立軍． TIO 鋼高壓氣體淬火過(guò)程中的數(shù)值模擬【 D】．昆明理工大學(xué)，20xx 【 6】 Michael J． CIALKOWSKI, ndrzej FRACKOWIAK． Solution of the stationary 2D Inverse Heat Conduction Problem by Treffetz Method【 J】 ． J． of Thermal Science， 20xx 【 7】 薛守義．有限單元法【 M】．中國(guó)建材出版社． 20xx 【 8】 馮曉丹，張玉．基于 ANSYS軟件的 T8鋼淬火過(guò)程三維溫度場(chǎng)的模擬【 J】．模具制造， 20xx 【 9】 秦宇 . 基礎(chǔ)與實(shí)例教程 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx 【 10】 楊世銘，陶文銓．傳熱學(xué)【 M】．第四版．北京高等教育出版社， 20xx 【 11】 梁木子，文杰，程先華等．蒸汽管道外接座溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的有限元計(jì)算【 J】．上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx 【 12】 付斌，安濤，沈曉輝等．火車車輪淬火過(guò)程中的溫度場(chǎng)【 J】．鋼鐵研究學(xué)報(bào)， 20xx 【 13】 田東，胡明娟，潘劍生． 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