【正文】 ，重軌殘余的熱應(yīng)力更小。單擊提示對話框中的 OK 按鈕，則求解結(jié)束。選擇【 Linear】 【 Elastic】 【 Isotropic】，如圖 316 所示輸入 彈性模量和泊松比。 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 對話框中，選擇【 DOF Solution】 【 Nodal Temperature】 。 在主菜單中選擇【 Solution】 【 Load Step Opts】 【 Output Ctrls】 【 DB/Results File】命令，彈出結(jié)果輸出對話框。選擇自由度為 TEMP，并設(shè)置初始溫 度為 900，如圖 311 所示。 圖 37 定義材料屬性 4. 導(dǎo)入模型 在通用菜單中選擇【 File】 【 Import】 【 IGES】命令，彈出選擇文件的對2 14 話，選擇 IGES 格式的文件，然后單擊【 OK】按鈕，導(dǎo)入重軌的三維模型（如圖 38）。本文做的是對重軌 的結(jié)構(gòu)分析和熱分析，所以只需要選擇結(jié)構(gòu)分析和熱分析模塊。℃ 。 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場和應(yīng)力場的步驟 建立重軌的三維模型 GB（ T） 681987 可查得國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 50kg/m 重軌外形尺寸，如圖 31 所示 . 圖 31 鋼軌橫截面圖尺寸（ mm） 11 Pro/E 畫出重軌的三維模型（如圖 32），并以 IGES 格式保存文件“ zhonggui”。 組織場求解理論基礎(chǔ) 鐵道部技術(shù)政策明確規(guī)定，凡 50kg／ m及以上的重軌軌頭要求全部淬火?；诘刃娀瘡娀?Mises 屈服準(zhǔn)則基礎(chǔ)上流動法則，又稱為 ReussPrandtl? 塑性流動增量理論，其表達式為： 9 }{}{ ???? ???pd （ ） 熱彈塑性問題的求解 由于重軌淬火過程中，最大變形量約在 2％～ 3％ 左右，仍屬于小變形范圍，故在熱彈塑性問題中的幾何方程仍可沿用彈性問題的幾何方程只是剛度矩陣， 要以 epD 代替 eD 。同時，還顯示出各向同性強化。因此，要對淬火過程進行精2 8 確地數(shù)值模擬，需要準(zhǔn)確確定特定問題的換熱邊界條件。其表達式為 )( cks TTHnT ????? ?? （ 2. 8） 為簡化計算機編 程，將上述三類邊界條件統(tǒng)一為用第三類式子表達。對于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，它常常是使導(dǎo)熱過程得以發(fā)生和發(fā)展的外界驅(qū)動力。諸如有關(guān)的各項物性參數(shù)以及它們是否隨溫度變化，有沒有內(nèi)熱源存在，是否均勻分布等等。 重軌淬火時定解條件 根據(jù)能量守恒定律和傅里葉定律，可以建立熱傳導(dǎo)問題的控制方程： tTcQzTkzyTkyxTkx Tzyx ?????????????????? ??)()()( （ ） 式（ ）中， ? 為材料的密度； Tc 為材料的比熱； xk 、 yk 、 zk 分別為沿 x、y、 z方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)； Q(x， y， z， t)為物體內(nèi)部的熱強度。 第二章 重軌淬火溫度場和應(yīng)力場的理論基礎(chǔ) 重軌淬火時，在重軌與淬火介質(zhì)間不斷換熱的同時，重軌內(nèi)存在溫差和熱傳導(dǎo)，重軌內(nèi)的組織、溫度及應(yīng)力分布不斷發(fā)生變化。 2 4 20世紀(jì) 80年代末，清華大學(xué)等單位采用有限單元法對大型軋輥和電機轉(zhuǎn)子淬火過程的溫度場、顯微組織場及內(nèi)應(yīng)力場進行了模擬計算，并根據(jù)模擬計算結(jié)果對工藝提出了有益的改進意見 。 20世紀(jì) 70年代初，當(dāng)組織轉(zhuǎn)變數(shù)值 模擬提到日程上來時，就有兩種描述組織轉(zhuǎn)變過程的方法，即 TTT曲線法和 CCT曲線法，為組織轉(zhuǎn)變的數(shù)值模擬提供了兩種途徑。 重軌淬火數(shù)值模擬的國內(nèi)外研究 現(xiàn)狀 熱處理的實質(zhì)是使鋼在固態(tài)范圍內(nèi)，通過加熱、保溫和快速冷卻的方法，改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能的一種工藝。不會出現(xiàn)馬氏體組織。 影響重軌淬火技術(shù)的主要因素 重軌的淬火過程是個相當(dāng)復(fù)雜的過程，一般有風(fēng)冷、霧冷、水冷三種方式 【 5】 。實踐證明，在重軌軌頭使 用淬火熱處理的重軌不僅提高了重軌的強度和使用壽命，而且大大提高了安全使用性能。得到最佳的噴風(fēng)冷卻時壓強，從而為實際生產(chǎn)制定合理的重軌淬火工藝提供了依據(jù)。根據(jù)重軌溫度場的變化規(guī)律，選擇合理的噴風(fēng)壓強，最終得到理想的索氏體組織。由于硬度的普遍提高，重 軌 的脆性、韌 性以及 凈 度等 問題 又重新突出了，重 軌 在冷卻不均 勻 的情 況 下，重 軌內(nèi) 部的 溫度 場變 化情 況 不 僅 直接影 響 相 變 ，而且 對內(nèi)應(yīng) 力也 產(chǎn) 生很大的影 響 。生產(chǎn)實踐表明，淬火過程是熱處理過程 【 3】 中返修率最高和廢品率最高的工序，是熱處理質(zhì)量控制中最難掌握的環(huán)節(jié)，它涉及到試件的溫度場、顯微組織場和內(nèi)應(yīng)力 (應(yīng)變 )場和介質(zhì)的流場等，2 測量和理論分析難度都很大。因為壓縮空氣冷卻噴風(fēng)器不像噴霧器那樣會發(fā)生阻塞，冷卻速度基本恒定，對重軌表面狀態(tài)不敏感，可以保證淬火質(zhì)量。可是就是這種工藝也不是很完善的。 淬火過程的計算機模擬是熱處理過程計算機模擬的重要組成部分。 淬火過程的計算機模擬在我國發(fā)展較晚。結(jié)果表明 , 準(zhǔn)確選擇淬火時加熱、保溫時間和風(fēng)冷時的壓強 , 能顯著降低軌頭的淬火應(yīng)力 , 對 U71Mn重軌軌頭熱處理中相關(guān)參數(shù)的選擇具有重要的指導(dǎo)意義。 2. 熱對流 熱對流是指固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換。 對一般的導(dǎo)熱問題而言，單值性條件 【 11】 (定解條件 )包括幾何條件、物理條件、初始條件、邊界條件等四個方面的內(nèi)容。此時一般認為重軌的初始溫度場是完全均勻一致的，即有 00 TTt ?? () 初始溫度場 【 12】 也可以是不均勻的，但重軌各點溫度值是已知的。q 為已知，規(guī)定熱流密度 39。例如在高壓氣體淬火時，淬火介質(zhì)是氣態(tài)的，或在高真空環(huán)境中，邊界上的輻射換熱往往成為主導(dǎo)因素，或至少與對流方式并重。一般處理彈塑性問題采取如下的一些假設(shè)： 1)塑性變形不引起體積改變，即體積不變定律： 0321 ??? ppp ??? （ ） 式 (2． 11)中， ppp 321 ??? 、 分別表示三個主變形方 向塑性應(yīng)變分量。從單向拉伸試驗結(jié)果可以看出，對于大多數(shù)重軌材料，屈服后卸載或部分卸載，然后再加載，其屈服應(yīng)力就會增加，這就是應(yīng)變強化。這種解法，每加載一次或迭代一次，剛度矩陣都要根據(jù)應(yīng)力水平重新計算一次，故稱這種方法為增量變剛度法。再將重軌的三維模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件中?！?1) 478 487 505 533 579 650 772 760 623 K/(W 2 12 （ 3） 設(shè)置工作標(biāo)題?！?,密度為 7800kg/m3。單擊【 OK】按鈕，完成分析類型的選擇。在主菜單中選擇【 Solution】 【 Load Step Opts】2 16 【 Time/Frequenc】 【 TimeTime Setup】命令，彈出時間設(shè)置對話框，在 Time一欄中輸入本分析的最終時間 60，在時間步長一欄中輸入步長時間 5；在加載方式單選按鈕中選中 Stepped 單選按鈕，如圖 313 所示。求解完畢后會彈出提示對話框。 圖 315 單元轉(zhuǎn)換 （ 2） 為結(jié)構(gòu)分析材料屬性。完成選擇后單擊【 OK】按鈕。 圖 41 圖 42 不同壓強下噴風(fēng)溫度場對比分析 （ 1） 2 20 圖 43 t=30s的溫度場 圖 44 t=45s的溫度場 圖 45 t=60s的溫度場 21 （ 2） 圖 46 t=30s的溫度場 圖 47 t=45s的溫度場 圖 48 t=60s的 溫度場 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。 (2) 在熱分析過程中充分考慮非線性的熱物性參數(shù)：比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、對流化熱系數(shù)隨溫度的變化。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步 和提高。本研究可 為實 25 際生產(chǎn)的正常運行提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。 不同壓強下噴風(fēng)應(yīng)力場對比分析 （ 1） 圖 49 t=30s的 應(yīng) 力場 圖 410 t=45s的 應(yīng)力場 23 圖 411 t=60s的 應(yīng)力場 （ 2） 圖 412 t=30s的 應(yīng)力場 圖 413 t=45s的 應(yīng)力場 2 24 圖 414 t=60s的 應(yīng)力場 由圖 49到 414可以得到 t=30s、 t=45s和 t