钢轨感应加热及脉冲电流辅助热处理过程的数值分析

发布时间：2020-08-17 20:38

【摘要】：一带一路计划的提出,推动中国与世界各国交流,中国的高速铁路发展迅速。对于跨国乃至跨洲铁路的建设,由于环境、地貌、温度和湿度等有着极大差异,铁轨需要承受多载荷作用,容易引发损坏,这使得对铁轨综合性能的需求将会越来越高。铁路轨道作为铁路交通的必备条件,为保证铁路运输过程的效率和安全,必须具有足够的韧性、强度和耐磨性能,其使用寿命的长短及质量的优劣都直接影响最终服役效果。本文采用了具有高效节能的电磁感应加热方式对钢轨进行局部加热,同时考虑到脉冲电流作用于高温金属可显著细化金属组织的特性,在对钢轨电磁感应加热的同时引入脉冲电流进行辅助处理,并将脉冲电流聚集在钢轨磨损更为严重的上端面和两个侧面,以改善钢轨局部区域的组织性能。本文的主要研究内容包括:(1)应用ANSYS有限元软件对钢轨的感应加热过程进行局部加热数值模拟,详细分析了电流密度、感应加热频率以及钢轨与帽形线圈之间的空气间隙这三个参数对钢轨感应加热的影响,并对感应加热效果进行分析,对计算结果进行实验验证。(2)设计和制造加工了一种具有半包络结构的帽形感应线圈,对钢轨上端面和两侧面进行局部感应加热,以期得到均匀的温度场,达到钢轨实际生产过程中的热处理要求。(3)参考感应加热和脉冲电流物理作用的特点,针对钢轨感应加热和脉冲电流辅助加载制定模拟计算方案,建立脉冲电流辅助钢轨电磁加热过程的多场耦合有限元模型,实现了在对钢轨进行感应加热的同时施加脉冲电流的数值计算,得到了不同参数下施加脉冲电流后钢轨的温度场、电磁场并进行了对比分析,并获得了电流在钢轨轨头的分布规律。(4)对比分析钢轨感应加热过程中施加脉冲电流前后钢轨轨头的温度均匀性,研究脉冲电流对钢轨温度均匀性的改善,分析了不同脉冲电流参数(脉冲宽度、脉冲频率和脉冲电压)对钢轨感应加热过程电磁场的影响规律。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG156;U213.4
【图文】：

燕山大学工学硕士学位论文热对钢轨进行热处理，不仅可以提高生产热、组织、应力等多场耦合作用，过程复经无法满足现代热加工行业快速高效的发模拟工件的实际感应加热过程，不仅降低况。然而目前感应加热较多应用于简单结构仍采用全包络式的加热方式,，如图 1-1 所无公开研究报道。

感应加热是一个多物理场耦合的过程，该过程涉及用和影响。本章对此过程所涉及到的基本理论进行解过程提供理论基础。介同一方向出现，强度呈周期性改变的电流或电压脉脉冲电流也称为“脉动直流电”[41]。脉冲电流中的三期和脉冲宽度。脉冲电压是脉冲从起始值到峰值之。脉冲宽度是脉冲电流通电的时间长度 t。脉冲周期冲之间的时间间隔 H。简单的脉冲电路通过开关的产生脉冲电流或脉冲电压。常见的脉冲电流波形有题中，所采用的脉冲为方波，其示意图如图 2-1 所

图 2-2 钢轨感应加热装置示意图义：交变电流流经导体时，由于电磁感应的作中的电流主要集中在导体的表面，而导体内部。随着感应频率的增加，工件导体表面的集肤，工件内感应电流的变化趋势如图 2-3 所示。

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 陆子川;姜风春;侯红亮;刘郢;程玉洁;果春焕;;高能脉冲电流对金属材料的作用机理[J];塑性工程学报;2015年04期

2 杨魏;;热处理加热炉温度检测控制分析[J];科技资讯;2015年16期

3 沈庆通;;感应加热技术的发展与思考[J];热处理;2010年05期

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1 刘剑;连铸直轧板坯感应加热过程的有限元模拟[D];燕山大学;2016年

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本文编号：2795805