【正文】 此外，還要特別感謝機電學院的所有代課老師，是他們教會了我許多知識；還要感謝機制083班的其他同學，他們在我搜集資料期間給我很多幫助。 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下噴風冷卻的溫度場和應力場進行仿真分析，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 些方面我會努力學習，不斷加強。 獲得了不同的淬火溫度值，并 對比實際測試結果， 驗證 了該模型和該方法的真實可靠性，為進 一步分析組織場 提供了理論依據(jù)。比較分析可得，用 ，重軌殘余的熱應力更小。由此，可利用 ANSYS 軟件模擬重軌在 、 Mpa 冷氣的條件下的溫度場和應力場情況，通過比較分析，出最佳的冷噴壓強。 單擊提示對話框中的OK 按鈕， 則 求解結束。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。 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【Preferences】【Element Type】【Switch Elem Type】命令，彈出單元轉換對話框，在下拉菜單中選擇【Thermal to Struc】選項（如圖 315），單擊【OK】按鈕，完成熱單元到結構單元轉換。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】。圖 313 時間和載荷步（3）在主菜單中選擇【Solution】【Solve】【Current LS】命令，彈出求解確認對話框，單擊 OK 按鈕，求解開始。在主菜單中選擇【Solution 】【Load Step Opts】【Output Ctrls】【DB/Results File】命令，彈出結果輸出對話框。單擊 OK 按鈕，對流邊界條件施加于重軌表面圖 311 重軌的初始溫度圖 312 施加外界條件7. 熱分析求解（1） 設置時間和載荷步。選擇自由度為 TEMP，并設置初始溫度為 900，如圖 311 所示。在主菜單中選擇【Solution】【Analysis Type】【New Analysis】命令，【OK】按鈕，在彈216出的瞬態(tài)分析對話框中選中 Full 單選鍵。圖 37 定義材料屬性4. 導入模型在通用菜單中選擇【File】【Import】【IGES 】命令， 彈 出選擇文件的對話， 選擇 IGES 格式的文件，然后單擊 【OK】按鈕， 導入重軌的三維模型（如圖 38）?！?，導熱系數(shù)為 25W/m本文做的是對重軌的結構分析和熱分析，所以只需要選擇結構分析和熱分析模塊。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?！?。kg1 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場和應力場的步驟 建立重軌的三維模型 GB（T）681987 可查得國家標準規(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） Pro/E 畫出重軌的三維模型（如圖 32），并以 IGES 格式保存文件“zhonggui”。第三章 重軌溫度場和應力場 ANSYS 仿真過程 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場和應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。 組織場求解理論基礎鐵道部技術政策明確規(guī)定，凡50kg／m及以上的重 軌軌頭要求全部淬火。當然，這樣計算會有偏差，通常采用迭代法來提高 計算精度?；诘刃娀瘡娀?屈服準則基礎上流Mise動法則，又稱 為 塑性流動增量理論，其表達式為：ReusPrandtl }{?????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 代替 。這時等效應力 表達式為 ??}3)()()(21{ 2413232 ????（） 3)應變強 化規(guī)律。同 時，還顯示出各向同性強化。為了便于有限元計算，須做線性化處理。因此，要對淬火過程進行精確地數(shù)值模擬，需要準確確定特定問題的換熱邊界條件。)/(?????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。其表達式為 （2. )(cksTHnT??????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。zyxT、?（2）第二類邊界條件，是指重軌表面上熱流密度 為已知，規(guī)定熱流密度39。對于非穩(wěn)態(tài)導熱，它常常是使 導熱過程得以發(fā)生和發(fā)展的外界驅動力。 淬火時熱傳導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部均勻熱透。 諸如有關的各項物性參數(shù)以及它們是否隨溫度變化，有沒有內熱源存在，是否均勻分布等等。 對任何一個具體導熱問題完整的數(shù)學描述，除了經適當選擇 的坐標下的導熱微分方程以外，還必須同時給出相應的定解條件。h B 重軌淬火時定解條件根據(jù)能量守恒定律和傅里葉定律，可以建立熱傳導問題的控制方程： （）tTcQzTkykxTk ????????)()()(式（）中， 為材料的密度； 為材料的比熱； 、 、 分別為沿x、y、z方?Tcxkyz向的熱傳導系數(shù)；Q(x， y，z，t)為物體內部的熱強度。熱傳導遵循傅里葉定律 【10【： （）dxTkqn?? 式（）中， 為熱流密度（W/m 2）； 為導熱 系數(shù)（W/m℃）；負號表示熱量nq流向溫度降低的方向。第二章 重軌淬火溫度場和應力場的理論基礎5重軌淬火時，在重軌與淬火介質間不斷換熱的同時，重軌內存在溫差和熱傳導，重軌 內的組織、溫度及應力分布不斷發(fā)生變化。2022年，李公法, 屈海端, 楊金堂, 尹強, 龍華, 張小亮等人利用有限元分析軟件對U71M n重軌軌頭淬火過程中的應力場進行數(shù)值模擬 【8【, 并對影響其分布的各種因素進行研究。20世紀80年代末，清華大學等單位采用有限單元法對大型軋輥和電機轉子淬火過程的溫度場、顯微組織場及內應力場進行了模擬計算，并根據(jù)模擬計算結果對工藝提出了有益的改進意見。法國的Denis 貝在馬氏體淬火過程中的熱力學分析和內應力計算過程中全面考慮了相變塑性和內應力對馬氏體轉變動力學的影響，描述了它們對殘余應24力的影響，并與實際測定的應力狀態(tài)進行了對比。20世紀70年代初，當組織轉變 數(shù)值模擬提到日程上來時，就有兩種描述組織轉變過程的方法，即TTT曲線法和CCT曲線法， 為組織轉變 的數(shù)值模擬提供了兩種途徑。對于一些與熱處理相關的學科，如數(shù)值計算方法、傳熱 學、熱應力理論、相變動力學、 計算流體力學等在國內外都丌展了較為深入的研究，從而為熱處 理過程的計算機模擬和仿真技術的發(fā)展奠定了堅實的基礎。3 重軌淬火數(shù)值模擬的國內外研究現(xiàn)狀熱處理的實質是使鋼在固態(tài)范圍內，通過加熱、保溫和快速冷卻的方法，改變內部組織結構，從而改變 其性能的一種工藝。對 大斷面的60Kg／m， 75Kg／m淬火軌來說， 僅僅采用風淬則無法達到對淬硬層深度的要求，而且有許多待改進之處，所以出現(xiàn)了“ 先噴風，后 噴水 的工藝。不會出 現(xiàn)馬氏體 組織。實踐證明，采用壓縮空氣冷卻可以克服上述缺點。 影響重軌淬火技術的主要因素重軌的淬火過程是個相當復雜的過程，一般有風冷、霧冷、水冷三種方式 【5【。淬火處理的實質就是通過適度調整和控制淬火介質的流速、溫度以調整和控制淬火試件的溫度場、顯 微組織場和內應力(應變)場，使得試件獲得所需要的組織、性能和較小的殘余應 力及殘余形變。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。無論是歐洲的傳統(tǒng)型鐵路， 還是城市型鐵路都要求重軌具有更高的硬度。得到最佳的噴風冷卻 時壓強，從而 為實際生 產制定合理的重軌淬火工藝提供了依據(jù)。通過ANSYA軟件仿真淬火重軌各個時間段的溫度場。根據(jù)重軌溫度場的變化規(guī)律，選擇合理的噴風壓強，最終 得到理想的索氏體組織。關鍵詞：重軌，淬火，溫度場，應力場， ANSYSSimulation of quenching temperature field and stress field for heavy rail based on the ANSY