轴对称大锻件淬火过程温度场及组织场的数值模拟

摘要

计算机在热处理领域的应用日益发展.利用计算机对大型锻件淬火热处理冷却过程中的温度分布和组织分布进行数值模拟和计算,对于提高工件热处理后的性能,减少其变形和开裂,控制和保证质量有着重要的意义.该论文在对轴对称大锻件淬火热处理过程中的传热学行为进行了全面分析的基础上,综合考虑了材料各种热物性参数随温度的变化、材料淬火过程中组织转变等特点,建立了淬火过程温度场和组织场的二维非稳态传热模型.根据该模型采用有限元法编写了温度场和组织场的计算程序.考虑到程序的通用性和易用性,采用VC++6.0编制了大型锻件淬火过程数值模拟系统,将前后处理程序与计算程序集成.前处理程序实现了网格的自动剖分、各种钢材的热物性参数的输入及保存、各种钢材的TTT曲线的矢量化及数据库的建立,为有限元法计算温度场和组织场提供数据.后处理程序中采用OpenGL技术,用图形的方式形象、直观地显示出工件在淬火热处理过程中任意时刻温度场和组织场.利用该系统的计算结果,可以预测轴对称大锻件在淬火时温度的变化及最终的组织分布,为淬火的工艺设计和性能预测提供科学依据,也为进一步应力场的计算奠定了基础.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2淬火过程特点及数值模拟方法

1.3国内外发展概况

1.4论文的主要工作

第二章温度场的数值模拟

2.1传热学基本原理

2.1.1导热基本定律

2.1.2导热问题的边界条件

2.1.3初始条件

2.2淬火过程温度场计算模型的建立

2.2.1温度场计算数学模型

2.2.2温度场的离散化与网格划分

2.2.3非稳态和非线性问题的处理

2.3淬火过程温度场的计算

2.3.1有限单元法的基本思想

2.3.2轴对称体温度场的变分方程

2.3.3单元的划分和温度场的离散化

2.3.4单元的变分计算

2.3.5单元刚度矩阵的总体合成

2.3.6时间的离散

2.3.7潜热的处理

2.3.8温度场计算程序框图

第三章组织场的数值模拟

3.1组织转变的模拟方法

3.2组织转变数学模型的建立

3.2.1转变动力学基本原理

3.2.2孕育期叠加原理的推导

3.2.3数学模型的建立

3.3模拟计算过程

3.3.1数值模拟的计算步骤

3.3.2计算框图

第四章系统设计与实现

4.1前处理的实现

4.1.1网格剖分

4.1.2热物性参数的选择和输入

4.1.3 TTT曲线的矢量化

4.2温度－组织场的计算

4.3后处理的实现

4.3.1等温线的绘制

4.3.2温度－时间变化曲线

4.3.3彩色云图的绘制

4.3.4三维立体图的绘制

第五章结果与分析

5.1温度场模拟结果

5.1.1等温线的分布

5.1.2温度场时间分布

5.1.2温度场云图显示

5.1.2温度场三维立体图显示

5.2组织场模拟结果

5.2.1组织场等值线

5.2.1组织场云图显示

5.3实验结果与计算结果的比较

5.3.1实验方法

5.3.2实验结果与计算结果的比较

5.4讨论

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢