【正文】 元。 組織場(chǎng)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。在每一個(gè)等溫步長(zhǎng)中，新相形成的體積百分?jǐn)?shù)用等溫相變動(dòng)力學(xué)計(jì)算。 第三章 重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng) ANSYS 仿真過程 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的方法 在整個(gè)模擬 仿真過程中，可先用 Pro/E 畫出重軌的三維模型。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。 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的步驟 建立重軌的三維模型 GB（ T） 681987 可查得國(guó)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”。泊松比 ，彈性模量 220Gpa,其余的主要物性參數(shù)見表 1。 kg1 m1℃ 。在通用菜單中選擇【 File】 【 Change Directory】命令，彈出【 Change Directory】對(duì)話框，選擇自己的工作目錄，單擊【 OK】按鈕。在通用菜單中選擇【 File】 【 Change Jobname】命令，彈出【 Change Jobname】對(duì)話框，輸入文件名 11（如圖 33），單擊【 OK】按鈕。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。本文做的是對(duì)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。 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 Type】 【 Add/Edit/Delete】，選擇單元類型SOLID90，如圖 36 所示?！?，導(dǎo)熱系數(shù)為 25W/m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。 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(duì)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）。然后單擊【 OK】按鈕，得到重軌的有限元模型（如圖 310）。在主菜單中選擇【 Solution】 【 Analysis Type】 【 New Analysis】命令，在彈出的新分析對(duì)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(duì)話框中選中 Full 單選鍵 。 （ 2） 設(shè)置重軌的初始溫度。選擇自由度為 TEMP，并設(shè)置初始溫 度為 900，如圖 311 所示。在主菜單中選擇【 Solution】 【 Define Loads】【 Apply】 【 Thermal】 【 Convection】 【 On Areas】命令，彈出節(jié)點(diǎn)拾取對(duì)話框。單擊 OK按鈕，對(duì)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(shè)置時(shí)間和載荷步。單擊 OK 按鈕，完成時(shí)間和載 荷步的設(shè)置。 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(duì)話框。同時(shí)在 FREQ 欄中選中 Every Substep 。 圖 313 時(shí)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(duì)話框，單擊 OK 按鈕，求解開始 。單擊提示對(duì)話框中的 OK 按鈕，則求解結(jié)束。 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(duì)話框中，選擇【 DOF Solution】 【 Nodal Temperature】 。 17 圖 314 重軌溫度場(chǎng)分布圖 ，添加材料模型 （ 1） 將熱單元轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)單元。在主菜單中選擇【 Preferences】 【 Element Type】 【 Switch Elem Type】命令，彈出單元轉(zhuǎn)換對(duì)話框，在下拉菜單中選擇【 Thermal to Struc】選項(xiàng)（如圖 315），單擊【 OK】按鈕，完成熱單元到結(jié)構(gòu)單元轉(zhuǎn)換。 線膨脹系數(shù) ，泊松比 ，彈性模量 220Gpa。選擇【 Linear】 【 Elastic】 【 Isotropic】，如圖 316 所示輸入 彈性模量和泊松比。 圖 316 彈性模量和泊松比 圖 317 線膨脹系數(shù) 2 18 10. 施加熱載荷 （ 1） 在通用菜單中選擇【 Select】 【 Everything】命令，選取所有元素。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(duì)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。 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。單擊提示對(duì)話框中的 OK 按鈕，則求解結(jié)束。單擊 OK，則得到重軌應(yīng)力場(chǎng)分布圖 (如圖 318)。由此，可利用 ANSYS 軟件模擬重軌在 、 Mpa 冷氣的條件下的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)情況，通過比較分析，出最佳的冷噴壓強(qiáng)。 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。比較分析可得， 用 ，重軌殘余的熱應(yīng)力更小。 第五章 全文總結(jié) 論文研究結(jié)論 本文主要以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的重軌為研究對(duì)象，借助大型有限元軟件 ANSYS，對(duì)系統(tǒng)中復(fù) 雜的重軌淬火瞬態(tài)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了有限元法的可視化研究。獲得了不同的淬火溫度值，并對(duì)比實(shí)際測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證了該模型和該方法的真實(shí)可靠性，為進(jìn)一步分析組織場(chǎng)提供了理論依據(jù)。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。 論文研究的不足及展望 本論文主要是對(duì)淬火過程中重軌在不同壓強(qiáng)下噴風(fēng)冷卻的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，但由于本人在 ANSYS軟件運(yùn)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(huì)努力學(xué)習(xí)，不斷加強(qiáng)。 2 26 致 謝 本課題的研究和論文的撰寫是在導(dǎo)師馬利杰教授的悉心指導(dǎo)下完成的。 此外，還要特別感謝機(jī)電學(xué)院的所有代課老師，是他們教會(huì)了我許多知識(shí)；還要感謝機(jī)制 083班的其他同學(xué)，他們?cè)谖宜鸭Y料期間給我很多幫助。 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