非调质钢棒材轧后冷却过程残余应力数值模拟及实验研究

发布时间：2017-10-16 02:26

  本文关键词：非调质钢棒材轧后冷却过程残余应力数值模拟及实验研究

  更多相关文章： 轧后冷却 三维有限元法 数值模拟 残余应力 软件开发

【摘要】：非调质钢棒材以其优良的机械性能成为一种典型的中小功率汽柴油机曲轴用钢。由于轧后冷却过程温度场、组织场、应力场的耦合变化,最终棒材会存在较大的残余应力。棒材在机械加工后,使得残余应力得到释放,进而影响零件精度。因此对棒材轧后冷却过程进行分析研究,从而达到降低棒材内部残余应力的目的。本文以Φ120mm的42Cr Mo为研究对象,针对非调质钢棒材轧后冷却过程温度和组织变化的特点,综合考虑了边界换热系数、相变潜热以及热物性参数等非线性因素的影响。建立了温度场、组织转变和应力场的三维耦合分析模型,研究了温度场、组织转变和应力场在轧后冷却过程中的变化情况,并将其组织分布情况、应力分布规律与实验结果进行了比较,得到最终的残余应力分布状态。全面系统地分析了棒材在轧后冷却过程中的应力的变化规律。根据相关实验数据与数学模型,采用VB进行软件开发,编写“非调质钢棒材轧后冷却温度场、组织场、应力场数值模拟”软件,对非调质钢棒材轧后冷却工艺参数的优化,减小残余应力有一定的指导意义。
【关键词】：轧后冷却 三维有限元法 数值模拟 残余应力 软件开发
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究概况11-12
• 1.2.1 采用数值模拟技术解决热处理问题11
• 1.2.2 采用数值模拟技术模拟组织转变过程11-12
• 1.2.3 采用数值模拟技术模拟残余应力场的分布12
• 1.3 课题的研究意义及应用前景12-13
• 1.4 课题研究主要内容、所采用的技术路线以及论文创新点13-16
• 1.4.1 课题主要研究内容13
• 1.4.2 课题研究方案与技术路线13-15
• 1.4.3 课题研究的创新之处15-16
• 第2章 非调质钢棒材轧后冷却过程温度场求解基本理论16-26
• 2.1 传热学基本理论基础16-21
• 2.1.1 基本概念17-18
• 2.1.2 傅里叶定律18
• 2.1.3 导热微分方程18-19
• 2.1.4 定解条件19-21
• 2.2 采用有限单元法解决传热学问题21-25
• 2.2.1 对空间域的离散化21-24
• 2.2.2 对时间域的离散化24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 非调质钢棒材在轧后冷却过程中温度场的模拟26-44
• 3.1 非调质钢棒材轧后空冷过程中温度场模拟计算26-35
• 3.1.1 基本假设26
• 3.1.2 模拟参数选取26-29
• 3.1.3 几何建模与有限元建模29-30
• 3.1.4 初始条件与边界条件的施加30-32
• 3.1.5 模拟结果及分析32-35
• 3.2 非调质钢棒材轧后缓冷过程中温度场模拟计算35-43
• 3.2.1 基本假设35
• 3.2.2 模拟参数选取35-36
• 3.2.3 几何模型及有限元模型的建立36-38
• 3.2.4 初始条件与边界条件的施加38-40
• 3.2.5 模拟结果及分析40-43
• 3.3 结论43-44
• 第4章 组织计算44-54
• 4.1 组织模拟的发展44
• 4.2 等温转变曲线的实验测绘44-48
• 4.2.1 材料的选取45
• 4.2.24 2Cr Mo钢临界点AC_1、AC_3和M_S的测定45-46
• 4.2.342Cr Mo等温转变曲线(TTT)的测绘46-48
• 4.2.4 实验结果48
• 4.3 TTT曲线解析化48
• 4.4 相变动力学48-50
• 4.5 等温转变曲线在分析连续冷却时的应用50-53
• 4.6 模拟结果的验证53
• 4.7 结论53-54
• 第5章 应力场模拟54-64
• 5.1 残余应力的研究54
• 5.1.1 棒材内部产生残余应力的机理54
• 5.1.2 棒材内部残余应力的影响54
• 5.2 应力场计算54-58
• 5.2.1 热弹塑性模型55-56
• 5.2.2 热弹塑性应力应变关系56-57
• 5.2.3 对热弹塑性问题的求解57-58
• 5.3 ANSYS应力场模拟58-63
• 5.3.1 模拟方法选取58-59
• 5.3.2 模拟参数的选取59-60
• 5.3.3 结果分析60-63
• 5.3.4 残余应力63
• 5.4 结论63-64
• 第6章 残余应力的测试与评估64-72
• 6.1 残余应力测试技术的发展64
• 6.2 采用盲孔法对棒材残余应力进行测量64-68
• 6.2.1 采用盲孔法测量残余应力的基本原理64-65
• 6.2.2 实验仪器及试件65-66
• 6.2.3 实验步骤66-68
• 6.3 测试结果与数值模拟结果对比68-70
• 6.4 本章小结70-72
• 第7章 非调质钢棒材轧后冷却过程分析软件的开发72-79
• 7.1 ANSYS APDL简介72
• 7.2 软件的开发72-78
• 7.3 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果85-86
• 致谢86-87
• 作者简介87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 李强,王葛,陈乃路;淬冷过程工件温度场的计算机模拟与实验[J];燕山大学学报;2002年04期

2 吴景之;;温度场计算机模拟在国外大锻件生产中的应用[J];大型铸锻件;1993年02期

3 康大韬;南云;;柱形件中残余组织应力的研究[J];金属热处理学报;1985年01期

4 潘健生;王婧;顾剑锋;;热处理数值模拟进展之一——扩展求解域热处理数值模拟[J];金属热处理;2012年01期

5 程赫明,张曙红,王洪纲,李剑云;淬火过程中具有非线性表面系数考虑相变时温度场的有限元分析[J];应用数学和力学;1998年01期

，

本文编号：1040100