基于有限元分析的7075铝合金件结构与淬火工艺参数优化

摘要

本文对7075铝合金件淬火工艺进行详细设计，并基于计算机辅助设计(CAD)方法与计算机辅助工程(CAE)方法对此零件结构进行分析论证和改进。分析过程中根据零件的基本尺寸，利用Solidworks软件对零件进行三维建模，然后将零件的三维模型导入到有限元分析软件HyperWorks中，对模型进行有限元网格划分，然后将划分好网格的模型导入ABAQUS软件进行分析。定义好整个淬火过程之后，运行模拟淬火过程来研究淬火过程中的温度场云图和应力云图，进行分析比对，结果表明针对本零件所进行的改进是合理而且有效的。本文还从工艺参数角度对其优化，实验结果显示工艺参数优化可以有效的减少残余应力。本文的主要工作有:
　　(1)对7075铝合金件特性进行讨论，设计出与之相匹配的一系列淬火工艺，最后通过实验对比得到较优的淬火制度。
　　(2)通过已有的淬火制度对零件进行淬火模拟，分析残余应力分布与大小。分析时首先建立原零件的几何模型，在尽可能反映起零件主要力学特性的前提下，对模型进行了适当的简化;按照实际淬火过程，定义了材料特性与过程，得到了模型在淬火过程的温度场云图;利用已经得到的温度场云图，根据顺序耦合的理论，得到了零件在淬火过程中的应力云图，分析了其应力水平及分布情况，验证了模型分析的结果，验证了有限元模型建立的准确性。
　　(3)为了减少淬火残余应力大小，对原零件分别进行结构优化和工艺参数优化，从结果可以看到优化结果是有效可行的，较好的解决了改进前的模型遇到的问题，可为后续零件的工艺参数优化提供参考。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 有限元简介

1．1．1 有限元的发展趋势

1．1．2 有限元分析的步骤

1．2 HYPERMESH软件简述

1．3 ABAQUS软件简介

1．4 7075铝合金件热处理工艺简述

1．5 论文主要研究内容

1．6 本章小结

2 7075铝合金件淬火工艺设计

2．1 7075铝合金件特性

2．2 淬火工艺设计

2．2．1 7075铝合金件淬火工艺基本原理

2．2．2 7075铝合金件淬火工艺详细设计

2．3 本章小结

3 淬火分析基本理论

3．1 残余应力的研究

3．2 预防和消除高强铝合金件淬火残余应力的研究

3．3 淬火残余应力计算

3．4 本章小结

4 零件模型的建立与分析

4．1 分析对象与过程

4．1．1 研究对象

4．1．2 分析内容与步骤

4．1．3 计算过程

4．2 零件模型的3D建模

4．2．1 利用solidworks建模

4．2．2 solidworks模型的输出

4．3 利用HYPERMESH划分网格

4．3．1 Solid Map功能介绍

4．3．2 导入step文件

4．3．3 将模型切割成若干个可映射的实体

4．3．4 划分六面体网格

4．3．5 网格质量检查

4．3．6 将HYPERMESH文件导入ABAQUS

4．4 ABAQUS进行温度场及应力场分析

4．4．1 定义各个步骤

4．4．2 温度场分析

4．4．3 应力场分析

4．4．4 应力分析结果

4．4．5 应力场结果分析

4．4．6 应力分析结论

4．5 本章小结

5 零件改进设计与分析

5．1 对零件进行结构上的改进

5．1．1 零件改进设计方案

5．1．2 改进后模型的三视图

5．2 优化后模型的有限元分析

5．2．1 优化后零件模型的温度场分析

5．2．2 优化后零件模型的应力分析

5．3 本章小结

6 淬火工艺参数优化设计

6．1 不同介质温度对残余应力的影响

6．2 不同介质温度对零件综合性能的影响

6．3 零件淬火工艺参数优化设计

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录