【正文】 置文件名。 13 圖 36 選擇單元類型 3. 定義材料屬 性 定義材料的比熱容為 623J/kg 圖 39 劃分網(wǎng)格 圖 310 網(wǎng)格圖 6. 施加邊界條件 15 （ 1） 設(shè)置分析類型。選中重軌表面節(jié)點(diǎn) ,單擊拾取對(duì)話框的 OK 按鈕，此時(shí)彈出對(duì)流邊界條件設(shè)置對(duì)話框，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。單擊 OK 按鈕，完成結(jié)果輸出控制的設(shè)置。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。 （ 2） 施加溫度載荷。 圖 318 重軌應(yīng)力場(chǎng)分布圖 19 第四章 重軌淬火過程的溫度場(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。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。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。重軌的淬火過程包括對(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)重軌的淬火過程進(jìn)行進(jìn)一步研究，則會(huì)對(duì)整個(gè)淬火過程的各個(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。 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)的淬火冷卻過程中更宜用 風(fēng)冷卻，這樣會(huì)提高生產(chǎn)中的淬火效率。 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。再選擇【 Thermal Expansion】 【 Secant coefficient】 【 Isotropic】 ,如圖 317 所示輸入線膨脹系數(shù)。單擊 OK，則得到第 30s 時(shí)重軌溫度場(chǎng)分布圖 (如圖 314)。在 Item 下拉列表中選擇 All Item 表明輸出所有計(jì)算結(jié)果。單擊【 OK】按鈕，完成初始溫度的設(shè)置 . （ 3）為重軌施加外界條件。 圖 38 導(dǎo)入的模型 5. 劃分網(wǎng)格 在主菜單中選擇【 Preprocessor】 【 Meshing】 【 Mesh Tool】命令，彈出網(wǎng)格劃分選擇的對(duì)話框，如圖 39 勾選各項(xiàng)。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】和【 Thermal】復(fù)選框（如圖 35），然后單擊【 OK】按鈕完成分析模塊的選擇。 ANSYS 仿真重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的基本步驟 1. 設(shè)置環(huán)境（設(shè)置工作目錄，設(shè)置文件名，設(shè)置工作標(biāo)題，設(shè)定分析模塊） （ 1） 設(shè)置工作目錄。 圖 32 重軌的三維模型圖 確定重軌的各項(xiàng)材料參數(shù)及初始條件 50kg/m重軌密度為 7800kg /m3, 線膨脹系數(shù)。淬火的過程就是奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的過程，使珠光體在較低的溫度下轉(zhuǎn)變，而得2 10 到強(qiáng)韌性和細(xì)片狀珠光體 (即索氏體 )組織，不得出現(xiàn)馬氏體、貝氏體有害組織，因此在淬火應(yīng)力模擬計(jì)算中僅考慮索氏體 (細(xì)珠光體 )的相變。具體表達(dá)式為： 變分方程： ? ?? ? ? ?hRK ?? （ ） 剛度矩陣： ? ? ? ? ? ?? ? dVBDBK eepeT? ?? （ ） 熱載荷向量： ? ? ? ? ? ? dVDBR eTepeTh }{?? ?? （ 2. 19） 彈塑性矩陣當(dāng)時(shí)的應(yīng)力水平有關(guān)，故 ()式為非線性方程，求解時(shí)需線性化處理。Mises 屈服準(zhǔn)則為：當(dāng)?shù)刃?yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，材料開始屈服。 重軌淬火應(yīng)力場(chǎng)理論基礎(chǔ) 熱彈性和熱塑性問題 對(duì)重軌淬火時(shí)，由于溫度變化劇烈，不僅會(huì)引起彈性變形，還會(huì)一起塑性變形。當(dāng)為第一類邊界時(shí)，取 cTT ?? ， kH 為一極大值即可。而對(duì)穩(wěn)念導(dǎo)熱來(lái)說，它是影響重軌內(nèi)溫度分布狀態(tài)的外部條件。初始條件是指導(dǎo)熱過程開始時(shí)刻重軌內(nèi)的溫度場(chǎng)。 熱傳導(dǎo)問題的控制方程描述了重軌內(nèi)部發(fā)生導(dǎo)熱現(xiàn)象時(shí)各點(diǎn)溫度的變化規(guī)律，方程對(duì)于內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)都是普遍適用的。因此，為了研究并模擬重軌及重軌的淬火過程，就要研究重軌淬火時(shí)的 熱傳導(dǎo)現(xiàn)象以及導(dǎo)熱定解問題，分析重軌及材料的熱物理性能參數(shù)，探索重軌淬火時(shí)導(dǎo)熱問題的求解方法。 20世紀(jì) 90年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)處理能力的提高，溫度場(chǎng)模擬計(jì)算中最難處的非線性問題正在逐步被解決。CCT曲線法模擬的難題后， TTT曲線在淬火試件顯微組織場(chǎng)模擬中迅速得到推廣。在熱處理過程中，試件內(nèi)部會(huì)發(fā)生十分復(fù)雜的物理現(xiàn)象，如瞬態(tài)溫度場(chǎng)的變化、組織的轉(zhuǎn)變、力學(xué)性能的改變以 3 及殘余應(yīng)力的產(chǎn)生等。目前國(guó)外除獨(dú)聯(lián)體外，日、美、澳等國(guó)均采用風(fēng)淬。風(fēng)冷具有溫度和濕度常常是變化不定的特點(diǎn)；霧冷的特點(diǎn)是導(dǎo)熱性能不穩(wěn)定和熱能揮發(fā)出現(xiàn)紊流現(xiàn)象；水冷的特點(diǎn)是水不易揮發(fā)，狀態(tài)不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致熱處理不夠或過度，噴水時(shí)間稍長(zhǎng)就容易引起淬火部位出現(xiàn)馬氏體組織，但是水的導(dǎo)熱性能比霧氣好。 因此研究重軌內(nèi)部的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有重要意義。 關(guān)鍵詞 ： 重軌，淬火，溫度場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)， ANSYS Simulation of quenching temperature field and stress field for heavy rail based on the ANSYS Abstract The specification of 50kg／ m— heavy rail was taken as investigated subject in this paper． In this model． the equivalent thermal capacity method was used to deal with the influence of latent heat on temperature filed and the transformation stress which resulted from phase transformation was taken into account using the equivalent linear expansion coefficient method． The impact of material’s non1inear parameter on temperature field was considered． The results show that the simulation result is identical with the measuring temperature ． According to the distribution of temperature field， the time of pressed air should be controlled． The ideal sorbite can be gained． During the process of calculating in numerical simulation， inputted the convective heat transfer coefficient under different wind pressure received the corresponding result of temperature field and stress filed， and analyzed the result． This paper analyzed that calculated heating， keeping warm， force cooling and air cooling’s temperature field and stress filed distribution in such different operating modes． Get the best heating, thermal insulation, cooling, natural air time and the result can be used to guide the quenching process design． Key words： Heavy r