【正文】 響 相 變 ，而且 對(duì)內(nèi)應(yīng) 力也 產(chǎn) 生很大的影 響 。隨 著我 國(guó)經(jīng)濟(jì) 的 發(fā) 展、 鐵 路 運(yùn) 力的提高和火 車(chē) 速度的提高， 對(duì) 重 軌 性能的要求也在提高。 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 rail， Quenching， Temperature field， Stress filed， ANSYS 2 4 目 錄 第一章 緒論 ......................................................... 1 課題研究意義 ................................................... 1 影響重軌淬火技術(shù)的主要因素 ..................................... 2 重軌淬火數(shù)值模擬的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................... 2 研究?jī)?nèi)容 ....................................................... 4 第二章 重軌淬火溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的理論基礎(chǔ) ............................. 4 重軌淬火溫度場(chǎng)理論基礎(chǔ) ......................................... 5 熱傳遞方式 ................................................. 5 重軌淬火時(shí)定解條件 ......................................... 5 淬火時(shí)熱傳導(dǎo)初始條件 ....................................... 6 重軌淬火的邊界條件 ......................................... 6 重軌淬火應(yīng)力場(chǎng)理論基礎(chǔ) ......................................... 8 熱彈性和熱塑性問(wèn)題 ......................................... 8 熱彈塑性問(wèn)題的求解 ......................................... 9 組織場(chǎng)求解理論基礎(chǔ) ............................................. 9 第三章 重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng) ANSYS 仿真過(guò)程 .......................... 10 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的方法 .................... 10 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的步驟 .................... 10 建立重軌的三維模型 ........................................ 10 確定重軌的各項(xiàng)材料參數(shù)及初始條件 .......................... 11 ANSYS 仿真重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的基本步驟 ................... 11 第四章 重軌淬火過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分析 ............................ 19 研究不同壓強(qiáng)下溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的前提條件 ........................ 19 不同壓強(qiáng)下噴風(fēng)溫度場(chǎng)對(duì)比分析 .................................. 19 不同壓強(qiáng)下噴風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)比分析 .................................. 22 第五章 全文總結(jié) .................................................... 24 論文研究結(jié)論 .................................................. 24 論文研究的不足及展望 .......................................... 25 致 謝 .............................................................. 26 參考文獻(xiàn) ........................................................... 27 1 第一章 緒論 課題研究意義 淬火是機(jī)械零件生產(chǎn)加工過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一 , 它涉及到傳 熱學(xué)、金屬相變動(dòng)力學(xué)、化學(xué)、力學(xué)等多種學(xué)科 . 淬火過(guò)程是一個(gè)溫度、應(yīng)力、相變相互影響的高度非線性問(wèn)題 , 在理論上對(duì)溫度場(chǎng)、組織場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合求解幾乎是不可能的。計(jì)算了強(qiáng)制冷卻、空氣自然對(duì)流等淬火過(guò)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。根據(jù)重軌溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，選擇合理的噴風(fēng)壓強(qiáng)，最終得到理想的索氏體組織。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文題目： 基于 ANSYS 的 重軌淬火溫度場(chǎng)和應(yīng) 力場(chǎng)仿真分析 2 基于 ANSYS 的重軌淬火溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)仿真分析 摘 要 本文以規(guī)格為 50kg／ m的重軌為研究對(duì)象，通過(guò)綜合考慮材料熱物性參數(shù)隨溫度的非線性變化、熱傳導(dǎo)及高壓氣體冷卻等動(dòng)態(tài)邊界條件，運(yùn)用 ANSYS軟件，采用有限單元法，建立了淬火重軌的瞬態(tài)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的三維模型。通過(guò)ANSYA軟件仿真淬火重軌各個(gè)時(shí)間段的溫度場(chǎng)。 在 數(shù)值模擬計(jì)算的過(guò)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。得到最佳的噴風(fēng)冷卻時(shí)壓強(qiáng)，從而為實(shí)際生產(chǎn)制定合理的重軌淬火工藝提供了依據(jù)。 近幾年隨著計(jì)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(guó)學(xué)者可根據(jù)淬火過(guò)程數(shù)學(xué)模型 ,利用有限元技術(shù)計(jì)算各場(chǎng)量 , 再利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論動(dòng)態(tài)顯示零件淬火過(guò)程中溫度、組織、應(yīng)力應(yīng)變、殘余應(yīng)力及零件變形隨時(shí)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程提供參考或指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn) . 我國(guó)是一個(gè)以鐵路運(yùn)輸為主的國(guó)家 。無(wú) 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。 這 些淬火 過(guò)程出 現(xiàn) 的 問(wèn)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(chē) 的正常 運(yùn) 行、降低 鐵