【正文】 e】 。單擊提示對話框中的 OK 按鈕，則求解結(jié)束。 論文研究的不足及展望 本論文主要是對淬火過程中重軌在不同壓強(qiáng)下噴風(fēng)冷卻的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行仿真分析，但由于本人在 ANSYS軟件運用和載荷加載上的不足，以致仿真出的圖形不是非常理想，在這些方面我會努力學(xué)習(xí)，不斷加強(qiáng)。獲得了不同的淬火溫度值，并對比實際測試結(jié)果，驗證了該模型和該方法的真實可靠性，為進(jìn)一步分析組織場提供了理論依據(jù)。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。 圖 313 時間和載荷步 （ 3） 在主菜單中選擇【 Solution】 【 Solve】 【 Current LS】命令，彈出求解確認(rèn)對話框，單擊 OK 按鈕，求解開始 。在主菜單中選擇【 Solution】 【 Analysis Type】 【 New Analysis】命令，在彈出的新分析對話框中選擇分析類型為 .單擊【 OK】按鈕，在彈出的瞬態(tài)分析對話框中選中 Full 單選鍵 。在通用菜單中選擇【 File】 【 Change Jobname】命令，彈出【 Change Jobname】對話框，輸入文件名 11（如圖 33），單擊【 OK】按鈕。 第三章 重軌溫度場和應(yīng)力場 ANSYS 仿真過程 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場和應(yīng)力場的方法 在整個模擬 仿真過程中，可先用 Pro/E 畫出重軌的三維模型。這時等效應(yīng)力 ? 表達(dá)式為 ? ? }3)()()(21{ 24213232221 ???????? ??????? （ ） 3)應(yīng)變強(qiáng)化規(guī)律。 工程問題中越來越多地出現(xiàn)非線性的輻射邊界或自然對流邊界，即導(dǎo)熱重軌的表面與外界環(huán)境之間以輻射或者自然對流換熱的方式相聯(lián)系。 淬火時熱傳導(dǎo)初始條件 重軌淬火時的初始條件包括重軌淬火前的初始溫度分布情況 (溫 度場 )和淬火介質(zhì)的初始溫度均勻的，如鍛件從室溫裝爐開始加熱，或者加熱到給定溫度，長時間保溫使工件內(nèi)部均勻熱透。熱傳導(dǎo)遵循傅里葉定律 【 10】 ： dxdTkqn ?? （ ） 式（ ）中，nq 為熱流密度（ W/m2）； k 為導(dǎo)熱系數(shù)（ W/m℃ ）；負(fù)號表示熱量流向溫度降低的方向。法國的 Denis貝在馬氏體淬火過程中的熱力學(xué)分析和內(nèi)應(yīng)力計算過程中全面考慮了相變塑性和內(nèi)應(yīng)力對馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的影響，描述了它們對殘余應(yīng)力的影響，并與實際測定的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了對比。對大斷面的 60Kg／ m， 75Kg／ m淬火軌來說，僅僅采用風(fēng)淬則無法達(dá)到對淬硬層深度的要求，而且有許多待改進(jìn)之處，所以出現(xiàn)了“先噴風(fēng)，后噴水 的工藝。 淬火處理的實質(zhì) 就是通過適度調(diào)整和控制淬火介質(zhì)的流速、溫度以調(diào)整和控制淬火試件的溫度場、顯微組織場和內(nèi)應(yīng)力 (應(yīng)變 )場，使得試件獲得所需要的組織、性能和較小的殘余應(yīng)力及殘余形變。通過ANSYA軟件仿真淬火重軌各個時間段的溫度場。 因此研究重軌內(nèi)部的溫度場和應(yīng)力場對實際生產(chǎn)有重要意義。目前國外除獨聯(lián)體外，日、美、澳等國均采用風(fēng)淬。CCT曲線法模擬的難題后， TTT曲線在淬火試件顯微組織場模擬中迅速得到推廣。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)，探索重軌淬火時導(dǎo)熱問題的求解方法。初始條件是指導(dǎo)熱過程開始時刻重軌內(nèi)的溫度場。當(dāng)為第一類邊界時，取 cTT ?? ， kH 為一極大值即可。Mises 屈服準(zhǔn)則為：當(dāng)?shù)刃?yīng)力達(dá)到屈服極限時，材料開始屈服。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)力模擬計算中僅考慮索氏體 (細(xì)珠光體 )的相變。 ANSYS 仿真重軌溫度場和應(yīng)力場的基本步驟 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 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)格劃分選擇的對話框，如圖 39 勾選各項。在 Item 下拉列表中選擇 All Item 表明輸出所有計算結(jié)果。再選擇【 Thermal Expansion】 【 Secant coefficient】 【 Isotropic】 ,如圖 317 所示輸入線膨脹系數(shù)。 由 ANSYS仿真結(jié)果可知，在相同的加熱時間和保溫時間的條件下， ，具有冷熱快、殘余應(yīng)力小的優(yōu)點，所以在實際生產(chǎn)的淬火冷卻過程中更宜用 風(fēng)冷卻，這樣會提高生產(chǎn)中的淬火效率。馬老師豐富的教學(xué)和實踐經(jīng)驗，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。 圖 318 重軌應(yīng)力場分布圖 19 第四章 重軌淬火過程的溫度場和應(yīng)力場分析 研究不同壓強(qiáng)下溫度場和應(yīng)力場的前提條件 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流換熱系數(shù)隨重軌表面溫度的變化情況。在主菜單中選擇【 Preferences】命令，彈出設(shè)定分析模塊對話框，勾選【 Structural】復(fù)選框 .單擊【 OK】按鈕。選中重軌表面節(jié)點 ,單擊拾取對話框的 OK 按鈕，此時彈出對流邊界條件設(shè)置對話框，在其中 Film coefficient 一欄輸入 100，表明對流傳熱系數(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。 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 表 1 鋼軌的物性參數(shù) T/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 c/(J 增量變剛度法的特點是將載荷分段逐步增加，增加一次載荷，就會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變增量 ???? 和 ???? ，只要增加載荷適當(dāng)?shù)男?，則可近似認(rèn)為在此計算步內(nèi)??? 保持不變，則 ? ? ? ??? ??? epD （ ） 成線性關(guān)系。材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后而是物理非線性的。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)，隨時間、位置的變化而變化。這些附加的說明和限定條件即單值條件，數(shù)學(xué)上稱為定解條件。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)是解決逆問題的有效 方法。 20世紀(jì) 70年代以來，由于計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，熱處理過程的數(shù)值模擬也隨之成為一個舉世關(guān)注的研究領(lǐng)域。而工人師傅完全憑經(jīng)驗判斷，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。隨 著我 國經(jīng)濟(jì) 的 發(fā) 展、 鐵 路 運 力的提高和火 車 速度的提高， 對 重 軌 性能的要求也在提高。 近幾年隨著計算機(jī)技術(shù)、有限元技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展 , 使各國學(xué)者可根據(jù)淬火過程數(shù)學(xué)模型 ,利用有限元技術(shù)計算各場量 , 再利用計算機(jī)圖形學(xué)理論動態(tài)顯示零件淬火過程中溫度、組織、應(yīng)力應(yīng)變、殘余應(yīng)力及零件變形隨時間變化的情況 . 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) , 并為實際生產(chǎn)過程提供參考或指導(dǎo)實際生產(chǎn) . 我國是一個以鐵路運輸為主的國家 。如果熱處理不當(dāng)，殘余應(yīng) 力比較大，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，或者硬度不夠。這些物理現(xiàn)象也正是材料實現(xiàn)淬火硬化的主要依據(jù)。 MiChael J． CIALKOWSI、 Ndrzej FRACKOWIAK、N． M． AL— Najem、 A． M． Osman、 M． M． ELRefaee、 K． M． Khanafe【 6】等人通過 Treffetz 法研究了二維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)逆問題的求解方法。但滿足導(dǎo)熱微分方程的解是無限多的，微分方程的解即數(shù)學(xué)上所說的 通解中必定包含有待定的積分常數(shù)，要使這些待定常數(shù)唯一地確定下來，除了微分方程以外，還必須再附加若干對所求解的特定導(dǎo)熱問題的自身特點和外部環(huán)境等情況的限定或者補(bǔ)充說明。常見的邊界條件有以下三類： （ 1）第一類邊界條件，是指重軌邊界條件邊界上的溫度或溫度函數(shù)為已知。對重軌進(jìn)行淬火處理的時候，引起應(yīng)力的原因是溫度分布不均，各節(jié)點的膨脹量不同，屬于熱彈性和熱塑性問題 【 14】 。常用的方法有增量變剛度法、初應(yīng)力法、初應(yīng)變法等。泊松比 ，彈性模量 220Gpa,其余的主要物性參數(shù)見表 1。 圖 33 設(shè)置文件名 圖 34 設(shè)置工作標(biāo)題 圖 35 設(shè)定分析模塊 2. 選擇單元類型 在主菜單中選擇【 Element