变厚度盘件气淬冷却过程仿真与系统多目标优化

发布时间：2017-12-13 09:19

  本文关键词：变厚度盘件气淬冷却过程仿真与系统多目标优化

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【摘要】：热处理工艺可以改善材料的综合机械性能,弥补材料自身的缺陷。随着材料性能要求的不断提高,热处理工艺也需要不断地改进。在淬火工艺方面,传统的液体介质淬火工艺存在着残余应力大等缺陷严重影响着材料的性能。本文采用气体作为淬火介质,改进了传统淬火工艺存在的缺陷。借助数值模拟研究气淬冷却过程的影响因素,通过联合仿真对气淬冷却过程进行多目标优化,并通过实验验证了仿真优化结果的可靠性。首先,阐述气体淬火冷却过程仿真的数值传热原理,研究喷流换热过程的影响因素和参数间的交互作用,认为喷管气体流速v对冷却速度影响最大,喷管高度h和喷管中心距s对冷却速度的影响有交互作用。建立了变厚度盘件的气淬冷却过程仿真模型,通过仿真发现气淬冷却过程存在的不足,提出气淬冷却系统的多目标优化问题。其次,将影响气淬冷却效果的参数分为结构参数和流速参数,并建立了气淬冷却效果的评价指标。采用国际上流行的非支配排序遗传算法(NSGA-II,Nondominated Sorting Genetic Algorithm II),作为气淬冷却过程的多目标优化算法。基于计算机辅助优化(CAO,Computer Aided Optimization)软件Isight集成FLUENT等软件进行联合仿真优化,建立了气淬冷却的仿真优化流程,优化了结构参数和气体流速参数,改善了冷却效果,并得到了多目标优化后的Pareto前沿。由于Isight直接驱动FLUENT等软件联合优化仿真的计算效率低,借助Isight进行气体淬火冷却过程模拟的最优拉丁超立方试验设计,通过试验设计的仿真结果建立了气淬冷却过程的神经网络模型,基于此模型对气淬冷却过程进行多目标参数优化,提高了优化效率。最后,基于RS-485总线建立了单主多从的变频器控制网络,并利用LabVIEW编写了开环控制程序,解决了RS-485通信网络多设备通信容易造成数据冲突的问题,建立了气淬实验的供气系统。根据仿真优化的结果设置喷管布局和喷管流速,用热电偶采集气淬冷却实验过程中盘件内部的温度数据,并与仿真数据对比,其误差在7%以下,验证了变厚度盘件气淬冷却过程仿真优化结果的可靠性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG156.3

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本文编号：1284631