热锻温度场接触换热系数测试方法研究与装置开发

发布时间：2020-04-26 10:37

【摘要】：热锻是工业上获得良好机械性能工件的重要加工方式之一。大锻件更是国家核电、火电等核心技术装备的重要组成部分,其生产水平在一定程度上反应了一个国家的工业竞争力。数值模拟技术在热锻领域尤其是大锻件锻造领域内占据极其重要的位置。温度场模拟是热锻过程数值模拟中的重要环节,而接触换热系数又是温度场数值模拟中的重要参数之一。因此,提出一种方法来测试获得合理的固体接触换热系数,为热锻数值模拟提供基础参数,从而优化加工工艺就显得十分有意义。通过分析热锻过程中模具温度场特点,基于能量守恒定律,本文新提出了一种能测量高温、存在塑性变形条件下固体接触换热系数的理论方法,然后以方法为基础,设计制作了一套能实测在不同接触条件下的固体接触换热系数的装置,并开发了配套的温度采集和数据后处理软件,达到了能实时测量、显示、存储温度数据,且利用该数据能迅速反算接触换热系数的目的。本文设计了合理的实验方案,并利用本测试系统来测试H13钢分别与SA508-3钢、45钢、Q235钢在多组不同初始界面温度、接触载荷下的接触换热系数。研究实测结果发现:接触换热系数随着接触载荷的增大而增大,初始温度对其影响较小,并以幂函数形式拟合了接触载荷与固体界面接触换热系数之间的关系,吻合程度较好,且幂指数一般处于0.7~0.99之间,并分析了界面初始温度对幂指数x的影响,此反应了温度对接触换热系数的影响程度。最后得出结论:在高温下(900℃以上),且存在塑性变形时,接触载荷比初始温度对固体界面接触换热系数的影响更为明显。最后,采用了其中一组实测温度数据与数值模拟数据进行了对比,发现吻合程度较好,说明了本测试系统具有较好的精度与可靠性,在工业上有一定的实用价值。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG315

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