淬火过程有限元模拟关键技术及工艺参数优化的研究

摘要

针对淬火过程温度和组织变化的特点,提出了处理相变潜热的计算方法。使用集中热容矩阵、网格细化和动态时间步长的方法,编写了淬火过程有限元模拟程序,并提出了一种新的计算时间步长的方法—基于最大和最小温差的自适应步长,该方法是用前一步模拟得到的温度场与当前步模拟所得的温度场的差值控制模拟时间步长。选择有精确解或解析解的算例,用其结果与本文中有限元模拟程序求得的结果进行比较,从模拟结果的对比中可以看出,本文提出的方法可以有效地避免数据振荡,而且模拟精度较高。自行设计了新的端部淬火实验工装和基于ISA总线的数据高速采集系统,对P20试样进行端部淬火实验,并对试样相应部分进行定量金相分析及硬度检验,得到了准确的实验数值。建立了P20钢端部淬火的有限元模型,用本文编写的程序对P20钢端部淬火实验进行有限元模拟,得到相应实验位置的各新生成相的含量及相应位置的硬度计算值,将这些数据与实验数据进行比较,检验编写的有限元模拟程序进行检验,验证了本文的有限元程序是准确性和可靠性。提出了一种新的求解随温度变化的换热系数方法,该方法把有限元方法引入到反向热传导问题中,结合使用最优化方法中的进退法和试探法。

目录

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摘要

ABSTRACT

符号表

第一章 绪论

第二章 淬火工艺温度场模拟技术

第三章 淬火工艺相变过程模拟技术

第四章 淬火过程冷却曲线的采集及介质换热系数的计算

第五章 淬火过程应力/应变场的模拟技术

第六章 淬火过程温度、相变和应力的耦合分析

第七章 气体淬火工艺参数的优化

第八章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间完成的论文

攻读博士学位期间参与的科研项目

攻读博士学位期间的获奖情况