基于分布参数模型的变厚度盘坯气淬过程控制策略研究

摘要

淬火工艺的提升可以提高金属材料的机械、化学等性能，目前工业中使用的淬火方式根据淬火介质划分可以分为水冷淬火、油冷淬火、气冷淬火等，相比于水冷淬火、油冷淬火等淬火方式，气冷淬火具有材料内部组织应力小、淬火速度快等优点。本文基于一种新型的空气淬火装置，研究了该装置对变厚度盘坯的淬火效果。针对具有多种形状特征的盘坯，通过控制空气淬火装置中气体的流速，得到了使盘坯内部温降均匀，适合内部材料晶相组织生成的淬火工艺参数。
　　本文对盘坯的气体淬火过程进行了数值模拟研究，简化了淬火过程中的湍流控制方程，分析了淬火过程中盘坯表面的换热情况。通过计算盘坯表面第一层网格无量纲距离验证了仿真湍流模型的准确性，分析了盘坯不同区域表面Nu数的分布特点，盘坯表面平均Nu数与Re数的关系。
　　盘坯为了达到淬火过程理想温降需要相应喷嘴中气体流速随时间进行变化，针对这一根据温度逆求解流速的问题，设计了FLUENT/Simulink协同仿真闭环控制系统，使用这一控制系统得到了喷嘴气体流速在淬火过程中随时间变化曲线。这种协同控制方法可以准确控制基于分布参数模型的盘坯内部区域各点的温度下降曲线。根据盘坯淬火过程具有大时滞、惯性、耦合的特点，在建立闭环控制系统的控制模型时，改进了传统的模糊控制等控制策略，最终得到了盘坯理想淬火过程对应的淬火结构中喷嘴气体的流速变化数据。使用本文提出的控制方法，改善了传统的淬火工艺，能够提高盘坯淬火后各项力学性能。
　　使用该淬火结构对盘坯进行了淬火实验，提取了盘坯内部某些监测点温度下降数据，分析了这些监测点的温度下降规律，比较了这些监测点实验值与仿真值的下降趋势及误差，并给出了相应的误差分析。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章 盘坯表面换热的数值模拟研究

2.1 引言

2.2 盘坯气淬过程相关理论分析

2.3 盘坯气淬数值模拟模型

2.4 盘坯表面特定区域换热状态分析

2.5本章小结

第3章 盘坯气淬过程温度与气流速度闭环控制

3.1 引言

3.2 闭环控制问题的分析及解决方法

3.3 Fluent/Simulink协同仿真实现原理

3.4 Simulink控制端控制模型建立

3.5 闭环控制程序

3.6协同仿真结果分析

3.7 本章小结

第4章 淬火过程实验验证

4.1 引言

4.2 实验设备

4.3 实验数据及分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢