【正文】 =60s的最大應(yīng)力分別是 4555Mpa、 8547Mpa和 6345Mpa, ，分 別是 4686Mpa、 8791Mpa和 6529 Mpa。求解完畢后會(huì)彈出提示對(duì)話框。在主菜單中選擇【 Preprocessor】 【 Material Props】 【 Material Model】命令，選擇【 Structural】選項(xiàng)。 在主菜單中選擇【 General Postproc】 【 Read Results】 【 By Pick】 ,在彈出的 Results File 對(duì)話框，選擇時(shí)間為 30 的一項(xiàng)，再單擊 Read 按鈕。 (2) 設(shè)置結(jié)果輸出項(xiàng)。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)話框中，單擊 Pick All 按鈕后會(huì)立即彈出初始條件定義對(duì)話框。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。 （ 4） 設(shè)定分析模塊?！?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。對(duì)于不同的單元，要作不同處理。 0)( ?? ? pdH ?? （ ） 4)塑 性區(qū)的行為服從流動(dòng)法則。 2)重軌材料的屈服服從 Mises 屈服準(zhǔn)則。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。 （ 3）第三類邊界條件，又稱牛頓邊界條件，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。 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圍環(huán)境的熱交換情況。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。熱對(duì)流用牛頓冷卻方程來描述： )( BSn TThq ?? （ ） 式（ ）中， h 為對(duì)流換熱系數(shù)； ST 為固體表面溫度； BT 為周圍流體的溫度。 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)。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。 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， 。這是因?yàn)?，一方面是?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)用在水平上還沒有達(dá)到很深的層次上，甚至還停留在表面的層次上。淬火軌硬度可至合適并均勻一致。因此，淬火過程的深入研究對(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。 重軌淬火是提高其韌性和耐磨性的主要途徑之一。計(jì)算了強(qiáng)制冷卻、空氣自然對(duì)流等淬火過程的溫度場(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。 在 數(shù)值模擬計(jì)算的過程中，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。 這 些淬火 過程出 現(xiàn) 的 問題 ，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 的正常 運(yùn) 行、降低 鐵 路的使用效率，甚至 對(duì) 列 車 的安全 運(yùn) 行造成 隱 患。淬火過程是一個(gè)各種場(chǎng)相互耦合的復(fù)雜過程，要在理論上求解各場(chǎng)量的解析解是非常困難的，甚至是不可能的。當(dāng)工藝參數(shù)優(yōu)選后，只要重軌含碳量大于 0． 7％，使用壓縮空氣可以使奧氏體實(shí)現(xiàn)向索氏體的轉(zhuǎn)變，并且能夠保證熱處理后的材質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻。主要的問題仍然是淬火重軌的硬度偏低。它能對(duì)試件的溫度場(chǎng)、顯微組織場(chǎng)和內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行耦合計(jì)算，給出每一瞬間的溫度場(chǎng)面、顯微組織場(chǎng)和內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)，并能直接地觀察到各場(chǎng)量在淬火過程中的變化情況，這樣就可以在節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)務(wù)和時(shí)問的情況下對(duì)試件進(jìn)行全面的分析，預(yù)測(cè)試件淬火后的組織性能，從而可對(duì)淬火工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，使工藝更加高效合理。 20世紀(jì) 80年代中期，上海重機(jī)廠等單位開始采用有限差分法，對(duì)大型軋輥淬火過程溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算。 目前，對(duì)淬火試件內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的研究主要集中在淬火過程中試件的瞬態(tài)溫度、相應(yīng)、應(yīng)力之間的耦合作用，其目的是能準(zhǔn)確地反映出實(shí)際過程各場(chǎng)量的變化，較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出淬火后試件內(nèi)部組織、 性能、應(yīng)力和畸變。熱對(duì)流可以分為兩類：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。幾何條件是指參與導(dǎo)熱過程的重軌的幾何尺度、形狀。此時(shí) )(00 zyxTT t 、?? （ ） 式（ ）中， )(0 zyxT 、 為已知溫度函數(shù)。q 7 的方向等同于邊界法線 n的方向，其表達(dá)式為 ）、（或者 zyxtqnTqnT ss ?? ?? ???????? （ 2. 7） 式（ ）中， ?q 為已知重軌表面的熱流密度，為定值 ( )/( 2mW )；）、（ zyxtq? 為己知重軌的熱流密度函數(shù)，隨位置、時(shí)間而變化。即使在線性換熱邊界條件中，當(dāng)已知的溫度、換熱系數(shù)、熱流密度等參數(shù)隨著材料的物性參數(shù)、導(dǎo)熱時(shí)間及材料 中溫度場(chǎng)的變化而發(fā)生變化時(shí)，線性換熱邊界條件就變?yōu)榉蔷€性換熱邊界條件。 根據(jù)體積不變定律，可導(dǎo)出塑性變形時(shí)的泊松系數(shù)為 ? =。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，設(shè)新的屈服應(yīng)力只與卸載前的等效塑性應(yīng)變總量有關(guān)，即只有當(dāng)應(yīng)力適合式時(shí)才會(huì)發(fā)生塑性變形。 用增量變剛度法求解彈塑性問題時(shí)，不是在每一次加載后所有單元都處于彈性或塑性狀態(tài)，實(shí)際上可能是下列三種狀態(tài)并存： (1)單元處于彈性狀態(tài)，稱為彈性單元； (2)單元處于塑性狀態(tài)，稱為塑性單元； (3)單元 在加載前處于彈性狀態(tài)，加載后處于塑性狀態(tài)，稱為過渡單元。利用 ANSYS 軟件，以已知的初始條件和邊界條件，得到重軌的溫度場(chǎng)仿真圖。 m1在通用菜單中選擇【 File】 【 Change Title】命令，彈出【 Change Title】對(duì)話框，輸入文件名“ zhonggui”（如圖 34），單擊【 OK】按鈕。在主菜單中選擇【 Preprocessor】 【 Material Props】 【 Material Model】命令，彈出材料屬性定義對(duì)話框。 （ 2） 設(shè)置重軌的初始溫度。單擊 OK 按鈕，完成時(shí)間和載 荷步的設(shè)置。單擊提示對(duì)話框中的 OK 按鈕，則求解結(jié)束。 線膨脹系數(shù) ，泊松比 ，彈性模量 220Gpa。 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，求解開始。 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。計(jì)算模擬淬火過程中的溫度場(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。 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． T8鋼淬火過程三維溫度場(chǎng)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)【 J】 ．上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 1998 【 14】 武斌斌，溫殿英，李連進(jìn)．用有限元方法分析無縫鋼管的淬火殘余應(yīng)力【 J】．重型機(jī)械， 20xx