【正文】 果輸出項(xiàng)。選中重軌表面節(jié)點(diǎn) ,單擊拾取對(duì)話(huà)框的 OK 按鈕，此時(shí)彈出對(duì)流邊界條件設(shè)置對(duì)話(huà)框，在其中 Film coefficient 一欄輸入 100，表明對(duì)流傳熱系數(shù)為 100；在 Bulk temperature 一欄輸入 5，表 明邊界溫度為 5 攝氏度，如圖 312。在主菜單中選擇【 Solution】 【 Define Loads】【 Apply】 【 Initial Condit ’n】 【 Define】命令，在彈出的節(jié)點(diǎn)拾取對(duì)話(huà)框中，單擊 Pick All 按鈕后會(huì)立即彈出初始條件定義對(duì)話(huà)框。 圖 39 劃分網(wǎng)格 圖 310 網(wǎng)格圖 6. 施加邊界條件 15 （ 1） 設(shè)置分析類(lèi)型。選擇【 Thermal】選項(xiàng)，分別雙擊【 Conductivity】、【 Specific Heat】和【 Density】，輸入比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和密度值，最后結(jié)果如圖37。 13 圖 36 選擇單元類(lèi)型 3. 定義材料屬 性 定義材料的比熱容為 623J/kg （ 4） 設(shè)定分析模塊。 （ 2） 設(shè)置文件名?！?1) 26 ：重軌冷噴前，表面溫度為 900℃ ，淬火冷空氣的溫度 5～ 10℃ ，冷氣的對(duì)流系數(shù) 100W/m2 表 1 鋼軌的物性參數(shù) T/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 c/(J再運(yùn)用熱 結(jié)構(gòu)耦合分析的方法，以溫度作為求解應(yīng)力的初始條件對(duì)有限元模型進(jìn)行加載求解，可得到重軌的應(yīng)力場(chǎng)仿真結(jié)果。珠光體和貝氏體的等溫相變體積百分比按 MehlJohnson? 所提出的公式： )exp(1 knkk tbV ??? （ ） V為 k相的體積百分含量； kb 、 kn 仇為兩個(gè)與溫度有關(guān)的參數(shù)，它們可以從材料的等溫相變圖求得； k=1對(duì)應(yīng)珠光體， k=2對(duì)應(yīng)貝氏體。對(duì)于不同的單元，要作不同處理。 增量變剛度法的特點(diǎn)是將載荷分段逐步增加，增加一次載荷，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變?cè)隽????? 和 ???? ，只要增加載荷適當(dāng)?shù)男?，則可近似認(rèn)為在此計(jì)算步內(nèi)??? 保持不變，則 ? ? ? ??? ??? epD （ ） 成線(xiàn)性關(guān)系。 0)( ?? ? pdH ?? （ ） 4)塑 性區(qū)的行為服從流動(dòng)法則。 對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，為書(shū)寫(xiě)方便，用 4321 ???? 、 記四個(gè) zrr ???? ?、z ， 并寫(xiě)做 ?????? }{}{ 4321 、? （ ） 表示應(yīng)力向量。 2)重軌材料的屈服服從 Mises 屈服準(zhǔn)則。材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后而是物理非線(xiàn)性的。以往的研究結(jié)果表明，重軌及淬火時(shí)的換熱邊界條件是非線(xiàn)性的，主要是由淬火時(shí)相變的產(chǎn)生和淬火材料的物性參數(shù)隨溫度而變化等原因引起的。 當(dāng)為三類(lèi)邊界條件時(shí)，最常用的是對(duì)流系數(shù)和輻射混合的換熱邊界，其表達(dá)式為 )()( 44ccks TTTTHnT ??????? ?? ??? = )(( csck TTHTTH ??? ?? ） = )( cTTH ?? （ ） 式中， H 為總換熱系數(shù)： sk HHH ?? sH 為輻射換熱系數(shù)： ))(( 22 ccs TTTTH ??? ???? （ ） 式 中 溫度 值要 用 絕對(duì) 溫度 表 示； ? 為 Stefan ． Boltzmann 常數(shù)，)/( 428 kmW???? ； ? 為重軌表面的輻射率。 （ 3）第三類(lèi)邊界條件，又稱(chēng)牛頓邊界條件，是指重軌與其相接觸的流體介質(zhì)間的熱對(duì)流系數(shù)以和介質(zhì)溫度乃為已知。用公式表示為： )( zyxTTTT ss 、或者 ?? ?? （ ） 式 ()中，下標(biāo) s為重軌的邊界條件范圍； ?T 為已知的重軌表面溫度 ,為定值 (℃ )； )( zyxT 、? 為已知重軌的表面溫度函數(shù)，隨時(shí)間、位置的變化而變化。 重軌淬火的邊界條件 重軌淬火時(shí)的邊界條件 【 13】 是指淬火工件外表面與周?chē)h(huán)境的熱交換情況。 因此，為了研究并模擬重軌熱問(wèn)題，就需要確定淬火工件的幾何條件、重軌熱物性參數(shù)、淬火工件和淬火介質(zhì)的初始溫度分布 (初始條件 )、淬火工件外表面與淬火介質(zhì)之間的熱交換情況 (邊界條件 )等定解條件。物理?xiàng)l件是指導(dǎo)熱重 軌的主要物理參數(shù)和物理特征。這些附加的說(shuō)明和限定條件即單值條件，數(shù)學(xué)上稱(chēng)為定解條件。熱對(duì)流用牛頓冷卻方程來(lái)描述： )( BSn TThq ?? （ ） 式（ ）中， h 為對(duì)流換熱系數(shù)； ST 為固體表面溫度； BT 為周?chē)黧w的溫度。而本文研究的是不同壓強(qiáng)下的噴風(fēng)冷卻的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，主要用到熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流兩種方式，所以在下文中僅對(duì)這兩種熱傳遞方式做了簡(jiǎn)單介紹： 1. 熱傳導(dǎo) 熱傳導(dǎo)可以定義為完全接觸的兩個(gè)物體之間或一個(gè)物體的不同部分之間由于溫度梯度而引起的內(nèi)能的交換。 研究?jī)?nèi)容 1． 依據(jù)傳熱原理，建立重軌的三維模型，用有限元方法研究重軌軌頭在淬火過(guò)程中的溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)分布； 2. 研究不同的壓強(qiáng)以及淬火噴風(fēng)時(shí)間對(duì)重軌溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的影響，找出最佳的淬火噴風(fēng)壓強(qiáng)； 3. 結(jié)合熱模擬實(shí)驗(yàn)，為實(shí)際生產(chǎn)的正常運(yùn)行提供理論依據(jù)。他們提出有限元和函數(shù)，用最小二乘法、邊界元法 【 7】 等不同方法估計(jì)了直角區(qū)域的表面溫度、熱流密度結(jié)果表明邊界元法 (BEM)是解決逆問(wèn)題的有效 方法。盡管從數(shù)學(xué)模型、物性參數(shù)、換熱系數(shù)等都進(jìn)行了大量的簡(jiǎn)化，但是在計(jì)算結(jié)果的總體趨勢(shì)還是非常有意義的。 至 20世經(jīng) 80年代初，已經(jīng) 編制了一批非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算機(jī)程序；奧地利的ferRammerstor 對(duì)淬火過(guò)程進(jìn)行了熱彈塑性分析，并對(duì)比了等向強(qiáng)化和隨動(dòng)強(qiáng)化、蠕變、相變塑性等對(duì)模擬結(jié)果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相變塑性對(duì)應(yīng)力影響較大，而蠕變影響較小可以忽略；日本的 T． Inoue對(duì)淬火和回火過(guò)程進(jìn)行了持續(xù)、系統(tǒng)的物理模擬研究和數(shù)值模擬研究，他們開(kāi)發(fā)出的熱處理數(shù)值模擬軟件“ HEARTS可對(duì)中小型零件的水淬、滲碳淬火、感應(yīng)淬火進(jìn)行數(shù)值模擬，并得到實(shí)際測(cè)試結(jié)果的驗(yàn)證。 國(guó)外對(duì)淬火試件淬火數(shù)值模擬計(jì)算比較早，數(shù)值模擬研究始于 70年代， 。 20世紀(jì) 70年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，熱處理過(guò)程的數(shù)值模擬也隨之成為一個(gè)舉世關(guān)注的研究領(lǐng)域。這是因?yàn)椋环矫媸菍?duì)冷卻介質(zhì)的應(yīng)用還存在著一定的片面性，另一方面是對(duì)冷卻介質(zhì)的應(yīng)用在水平上還沒(méi)有達(dá)到很深的層次上，甚至還停留在表面的層次上。但是，冷卻后的硬度值普遍偏低，且由于冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法保證較高的生產(chǎn)率。淬火軌硬度可至合適并均勻一致。而工人師傅完全憑經(jīng)驗(yàn)判斷，于是產(chǎn)品質(zhì)量不高或次品率較大，重軌生產(chǎn)效率大大降低。因此，淬火過(guò)程的深入研究對(duì)工程實(shí)際大有重要的指導(dǎo)意義，利 用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬 【 4】 有助于淬火工藝設(shè)計(jì)，便于選擇合適的淬火工藝調(diào)整方案，可以大大減少試驗(yàn)量，具有一定的實(shí)用價(jià)值，已成為當(dāng)今熱處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 盡管如此，淬火過(guò)程仍存在很多問(wèn)題需要解決，原因之一就是淬火是一個(gè)工件溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、組織場(chǎng)及淬火介質(zhì)流場(chǎng)耦合的過(guò)程，但是關(guān)于這一耦合過(guò)程尚缺乏成熟的定量的統(tǒng)一理論 【 2】 。 重軌淬火是提高其韌性和耐磨性的主要途徑之一。隨 著我 國(guó)經(jīng)濟(jì) 的 發(fā) 展、 鐵 路 運(yùn) 力的提高和火 車(chē) 速度的提高， 對(duì) 重 軌 性能的要求也在提高。計(jì)算了強(qiáng)制冷卻、空氣自然對(duì)流等淬火過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布情況，分析淬火時(shí)間對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文題目： 基于 ANSYS 的 重軌淬火溫度場(chǎng)和應(yīng) 力場(chǎng)仿真分析 2 基于 ANSYS 的重軌淬火溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)仿真分析 摘 要 本文以規(guī)格為 50kg／ m的重軌為研究對(duì)象，通過(guò)綜合考慮材料熱物性參數(shù)隨溫度的非線(xiàn)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。 在 數(shù)值模擬計(jì)算的過(guò)程中，輸入在不同的噴風(fēng)壓力下的對(duì)流換熱系數(shù)，得到相應(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。 近幾年隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、有限元技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展 , 使各國(guó)學(xué)者可根據(jù)淬火過(guò)程數(shù)學(xué)模型 ,利用有限元技術(shù)計(jì)算各場(chǎng)量 , 再利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論動(dòng)態(tài)顯示零件淬火過(guò)程中溫度、組織、應(yīng)力應(yīng)變、殘余應(yīng)力及零件變形隨時(shí)間變化的情況 . 根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果 , 找出適合工藝要求的工藝參數(shù) , 并為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程提供參考或指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn) . 我國(guó)是一個(gè)以鐵路運(yùn)輸為主的國(guó)家 。 這 些淬火 過(guò)程出 現(xiàn) 的 問(wèn)題 ，可能 會(huì)導(dǎo) 致重 軌軌頭 出 現(xiàn) 掉 塊 、裂 紋 等 現(xiàn) 象， 從 而影 響 列 車(chē) 的正常 運(yùn) 行、降低 鐵 路的使用效率，甚至 對(duì) 列 車(chē) 的安全 運(yùn) 行造成 隱 患。 目前普遍采用比較成熟的有限元法 【 1】 求解控制方程來(lái)模擬淬火過(guò)程的變化所使用的有限元軟件有 ANSYS、 MARC、