淬火过程数值模拟技术的研究进展

淬火是使工件获得预期的组织和性能的一种重要热处理工艺。由于淬火试验存在高温作业、在线测量困难、成本高等问题,淬火过程的数值模拟成为目前淬火技术研究的重要手段。综述了淬火过程数值模拟技术的发展历程,分阶段地介绍了淬火过程中工件、冷却介质、工件和冷却介质耦合的数值模拟技术的研究现状,提出了今后一段时间内淬火过程数值模拟技术的发展方向。     

焊接变形有限元数值模拟分析

环形薄壁焊接结构在生产实践中有着广泛的应用。在现行工艺条件下统计火焰筒衬套组件焊接变形基本规律。并采用有限元分析软件ANSYS模拟火焰筒衬套组件焊接过程,模拟马鞍与内环焊接过程的温度场及变形情况;模拟结果表明:径向最大变形为0.494mm,而在其对应的180°处变形为0.756mm。通过理论计算,内环与马鞍焊接后径向最大变形为1.25mm,与实际焊后测量结果相符。总结模拟变形规律,为控制焊接变形措施提供理论依据。     

718钢大模块淬火过程的数值模拟

借助计算机数值模拟,为塑料模具钢718大模块制订了两种新型的淬火工艺,一是预冷-水淬-自回火-水淬工艺,另一是提高奥氏体化温度,直接空冷淬火的工艺.实际生产试验的结果表明,这两种淬火工艺能够满足大模块质量要求.另外,计算机模拟结果和实验结果吻合的较好,说明这种计算机数值模拟方法可以用来设计新型淬火工艺.     

木薯块根挖掘作业过程的数值模拟

为了获得木薯块根挖掘铲作业时挖掘铲与土壤的作用过程、块根应力变化过程和挖掘铲各结构参数对作业质量的影响规律,该文采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件,利用拉格朗日算法和光滑粒子流体动力学(Smoothedparticlehydrodynamics,SPH)算法相结合的方法及修正的摩尔-库仑屈服准则,建立挖掘铲-茎秆-块根-土壤系统的动力学可视化仿真模型,对块根挖掘松土过程进行数值模拟分析,在微观层次上研究了挖掘铲的松土机理、土壤的变形、破裂、疏松过程和块根的应力变化过程,同时,采用单因素试验方法,研究了挖掘铲结构参数对牵引阻力、松土效果及块根有效应力的影响规律。结果表明：土壤被铲尖抬起,产生弯折、剪切破裂是挖掘作业土壤疏松的主要原因;在挖掘松土过程中,块根受土壤挤压产生弯曲变形。入土角和铲宽增大,牵引阻力增大,松土程度增加,但块根的弯曲变形也增大,有效应力增大,块根易产生折断,造成收获损失,而翼张角增大,牵引阻力减小,松土程度减小。     

孔板流量计内空化现象的数值模拟

以计算流体动力学CFD软件为工具,通过引入Schnerr-Sauer空化模型,并结合多相流Mixture模型与RNG k-ε湍流模型,对两通道非标准孔板流量计在空化发生条件下的内部流场进行数值模拟。考查等效直径比β=0.7时,流场中蒸汽体积分数和压力分布的变化规律,入口压力对空化数的影响以及雷诺数对流出系数和压力损失的影响。结果表明:入口压力增加到一定值时,在环隙边缘处首先发生空化现象,并且随着压力的增大,空化发生的区域增大,空化程度加剧;空化数随入口压力的增大而减小;空化效应对流量计的流出系数的影响较大,而对压力损失的影响较小。研究结果对孔板流量计的测量误差原因分析和提高测量精度有参考价值。     

注塑成型冷却过程的数值模拟

采用循环平均假设，忽略模壁温度的周期变化，将模具的传热简化为三维稳态热传导总是，考虑到注射模的结构特点（型腔为狭缝面，冷却孔细长），推导出求解其温度场的边界积分方程；注塑件的传热简化为一维瞬态热传导，给出确定其冷却时间及表面循环平均热流的方法；通过模具及塑件传热的耦合迭代分析，使模具－塑料件界面的温度和热流满足相容条件，最终确定模具型腔的温度分布及塑件的冷却时间。最后通过一个例子说明数值模拟在冷却系统设计中的应用。     

钢铁淬火过程模拟的研究进展

从采用的软件(如ANSYS、Msc Marc等)和考虑的因素方面介绍了钢铁淬火过程模拟的研究情况,提出目前存在的主要问题是:针对性强,通用性差;只验证淬火过程,指导淬火工艺制定,但没有上升到理论高度.因此,分子动力学模拟这一研究手段是钢铁淬火过程基础理论研究(工件、介质两方面)重点发展的趋势之一.     

混凝土板在弹体冲击下的响应试验与数值模拟

混凝土板在刚性弹体垂直冲击下，受到侵彻对击穿，本文用有限元数值模拟了这一过程，得到了弹体击穿靶板后的剩余速度，靶板被击穿后形成的开坑区和层裂区的大小以及靶板中未被破坏部分的应力应变值，并与实弹试验结果及其它分析方法得到的结果作了比较，都较接近。     

连铸板坯凝固过程的数值模拟

为得到连铸坯凝固末端的液相穴分布,以便选取轻压下参数,依据实际生产中二冷边界换热条件,采用有限元法对连铸厚板坯冷却传热过程进行数值模拟,并用远红外测温仪测试并校准Q235B300 mm×1650 mm铸坯表面温度,得到了连铸坯在任意段截面的温度场分布、凝固末端液相穴形状及铸坯中心纵截面固相率分布.结果表明,可以根据铸机...     

气体涡轮流量计流道压力损失的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)的方法对一口径为80mm的气体涡轮流量计进行工况条件的数值模拟研究.通过计算,分析了流量计在不同流量下,各部件包括前整流器、前导流器、机芯壳体、叶轮支座、叶轮和后导流器对压力损失的影响,给出了各部件的流量与压力损失的关系曲线及其压力损失比例.数值模拟结果与实验结果相符,进而从流道内的压力分布和流场分析压力损失原因并提出减少压力损失的改进思路.     

某种钛合金精密成形铸件铸造变形的数值模拟

目的 基于ProCAST,建立钛合金铸件铸造变形的模拟预测方法。方法 以某板状钛合金铸件为例,模拟了充型凝固、型壳内冷却和脱壳后冷却3个过程,并分别对各过程进行了相应假设和参数设置。为验证模拟结果,根据模拟模型设计了浇注验证实验。结果 铸件中间部位向外侧凸起,加强筋部位向内侧凹陷,和实验结果基本一致,变形量预测吻合度在60%~72%之间。结论 通过合理设置模拟流程和材料参数模型,数值模拟可以预测钛合金铸件的变形规律,并为变形量预测提供重要参考。     

AZ31 镁合金轧制-剪切-弯曲变形工艺数值模拟研究

目的研究温度和道次压下量的变化对AZ31镁合金轧制-剪切-弯曲变形工艺的影响规律。方法对AZ31镁合金轧制-剪切-弯曲变形过程进行数值模拟,探究变形过程中应力、应变分布规律。结果压下量越大,模具转角处累积的等效应变值越大;随着温度的升高,模具转角处等效应力逐渐减小,等效应变逐渐增大。结论试样在模具转角处发生了剧烈的塑性变形,研究结果为板材的制备提供了依据。     

云锡1360基础平台桶形掏槽数值模拟研究

针对云锡1360基础平台巷道掘进炮孔利用率低的现状,为了提高掘进掏槽爆破效率,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件,对两种不同装药的桶形掏槽爆破方式进行了数值模拟对比分析,在此基础上结合现场条件对这两种掏槽爆破方式的模拟结果进行了试验验证。结果表明:在体积相同的桶形掏槽腔内,装药量越大,槽腔岩石的炸药单耗越大,掏槽效果就越好;空孔是掏槽腔内装药最重要的自由面,对炸药爆轰冲击波具有极强的吸引和导向作用;应当将炸药尽可能地集中在桶形掏槽腔的中心位置,让空孔环绕在装药孔的周围,炸药爆炸的能量才能留在空孔周围,集中用于掏槽内岩石的破坏。优化选择掏槽方式,可为矿山高效掘进提供了技术支持。     

坚硬岩石条件下九孔掏槽方式的数值模拟研究

采用ANSYS非线性三维动力有限元软件,对坚硬岩石条件下九孔掏槽方式,在炸药爆炸荷载作用下应力产生、传播机理,进行了计算机数值模拟.结果得到了该掏槽方式在不同时刻的应力分布云图和几个典型单元的应力-时间历程曲线,从中可以清楚地看出应力波传播规律,能为其它类似爆破数值模拟和爆破参数选择提供借鉴.     

低压铸铝件缩孔缺陷数值模拟与工艺改进

目的 为了避免铝合金盖板低压铸造过程产生的缩孔缺陷,对盖板结构进行分析。方法 采用数值分析技术,对盖板低压铸造过程进行数值模拟,将模拟结果与实际铸件缺陷进行对比,分析缩孔缺陷的产生原因。为消除铸件缩孔缺陷,在模具内增设冷却水道,并对该工艺进行模拟分析。结果 铸件凝固过程中,当合金固相率达到75%时,铸件特征位置处的补缩通道开始陆续关闭,形成了孤立液相区,导致凝固结束时形成缩孔缺陷。当模具内增设冷却水道后,铸件的缩孔体积分数由3.5%下降到0.8%。结论 通过在模具内增设合理的冷却水道,能加快铸件厚大部位的凝固速度,有利于实现顺序凝固,从而避免缩孔缺陷,提高铸件质量。     

低压铸造铝合金轮毂模具热变形的数值模拟

目的 针对模具高温变形影响低压铸造铝合金轮毂尺寸精度的问题,通过数值模拟和实验相结合的方式,揭示低压铸造过程中模具的变形规律。方法 建立了低压铸造过程中描述模具热力学行为的数学模型以及铸造多循环计算方法,进行了轮毂低压铸造实时蓝光扫描验证,通过模拟与实验结果的对比验证,研究了轮毂低压铸造过程中的模具温度、应力及变形规律。结果 模拟与实测温度对比结果表明,两者变化趋势基本一致,侧模和下模在开模时刻的最高温度分别为486 ℃和512 ℃。侧模的模拟与实测温度峰值的相对误差为2%,下模模拟与实测温度最大相差23 ℃。变形模拟与实时扫描结果均表明,侧模热变形呈曲率减小趋势,按变形大小划分,侧模型腔表面存在小变形(−0.04~0.16 mm)、过渡(0.16~0.48 mm)和大变形(0.48~ 0.89 mm)3个变形区域,侧模变形的模拟精度约80%;下模平面沿轮毂轴向下沉0.4 mm,变形模拟精度约75%。结论 所建立的热变形模拟方法可以较好地计算铝合金铸造模具热变形,阐明铝轮毂低压铸造模具变形规律,为后续模具反变形设计、提高轮毂尺寸精度提供研究基础。     

柱状装药炮孔壁初始压力数值模拟及误差分析

为研究ANSYS/LS-DYNA模拟柱状装药爆破孔壁初始压力的误差,对某一模型试验进行数值模拟,在不耦合系数分别为1.0、1.14、1.6这三种装药条件下,对孔壁初始压力的数值模拟值与模型试验实测值、理论计算值进行对比分析。结果表明:数值模拟值相对于实测值的平均误差为21%,且两者随不耦合系数Kd变化的趋势较一致;另外,数值模拟值和实测值比理论公式计算值大很多,是因为实测值受到被爆介质中反射应力波的干扰。     

三维自由弯曲技术及变形区长度优化数值模拟研究

目的 开展自由弯曲变形区长度优化研究,获得外径为15 mm、壁厚为2 mm的6061-T6铝合金管材的最优A值。方法 从三维自由弯曲成形技术的基本原理及控制程序入手,基于有限元分析方法,利用ABAQUS仿真软件对管材三维自由弯曲成形过程进行数值模拟,研究成形过程中管材弯曲变形区的受力过程变化,分析变形区长度(A)对弯曲成形结果的影响规律。基于最优的变形区长度,对制冷系统管路中的6061-T6铝合金复杂空间弯曲构件进行仿真模拟及实际成形试验。结果 试验成形构件尺寸与模拟成形构件尺寸相近且均接近设计尺寸,试验成形构件最大壁厚减薄率不超过9%,最大截面畸变率不超过5%,具有较好的成形质量。结论 目标构件的有限元模拟及成形试验验证了变形区长度优化结果的准确性。     

线型聚能切割器水下切割钢板性能的数值模拟研究

借助ANSYS/LS-DYNA软件对线型聚能切割器水下切割钢板性能的影响因素进行了数值模拟研究。重点分析了水介质、有无药型罩和带有空气槽对射流侵彻靶板的特性影响。结果表明:聚能槽内的水介质会阻碍射流的形成,严重影响切割性能;带有空气槽的切割器可以提供射流形成的空间,大幅提高射流的侵彻能力;通过对无药型罩切割器水下切割钢板的数值计算,得到的钢板侵彻深度可达15.3 mm,相比有药型罩时,无药型罩的切割深度有了很大提高,侵彻深度大约是有药型罩的3倍,接近空气中线型聚能切割器对钢板的切割深度17.2 mm。