大规格7050铝合金扁锭凝固过程中温度场和应力场的数值模拟

根据7050铝合金的传热特点,建立了热力耦合的热-弹性有限元分析模型.对浇注过程的温度场、应力场进行了数值模拟,并获得其分布及变化情况.     

激光增材制造热-力耦合数值模拟研究现状及进展

激光增材制造技术加工过程中温度变化迅速而剧烈,导致成形件内部产生复杂的热应力和残余应力,这是成形件发生应力变形、翘曲、开裂等加工缺陷的根本原因。并且,剧烈的温度变化使得难以直接使用实验观察其温度场和应力场演变规律。因此,通过建立有限元模型进行数值模拟的方法来分析热-力耦合场的分布以及其对成形件质量的影响尤为必要。总结了金属激光增材制造技术温度场和应力场的数值模拟研究进展及现阶段存在的一些问题,进一步探讨了金属激光增材制造技术在数值模拟方面的未来发展方向。     

氧化铝真空碳热还原炉瞬态温度场模拟计算

以昆明理工大学真空冶金国家工程实验室氧化铝真空碳热还原炉为研究对象,依据传热学理论和氧化铝真空碳热还原炉的结构特点,分析了氧化铝真空碳热还原炉的加热和散热过程,并用有限元法建立了真空碳热还原炉瞬态温度场数值模拟计算模型,运用ANSYS软件对还原炉在持续加热下的瞬态温度场分布进行了数值模拟计算并得出了还原炉温度场的三维分布状况,同时分析了瞬态温度场的变化情况。经过具体实验验证,模拟计算结果与实验所测的局部各点测量值误差均在2%以内,实际所测的平均值与模拟结果误差在1%以内。     

火灾下混凝土框架梁内部温度场模拟计算与分析

在前人对高温下钢筋混凝土材料属性的研究基础上,结合火灾发生、燃烧、衰灭的整个实际过程,用国际标准化组织（ISO834）建议的建筑构件抗火试验曲线来代替火灾的升温过程,通过结构有限元分析方法,运用ABAQUS热力学有限元分析软件对三维混凝土框架梁进行火灾下的非线性瞬态温度场模拟分析,得出混凝土框架梁在火灾下沿Z轴方向的温度云分布图,对角节点的时间一温度曲线图,等温曲线图,总结温度场规律,确定不同位置的的温度值,为结构的极限承载力计算,热-应力分析,热-结构耦合分析奠定基础,以便对结构火灾后的安全性能评估与加固提供更科学、更合理的理论依据。     

Heat exchange based finite element analysis of thermal errors in machine spindles

在分析机床主轴的传热、散热机理的基础上,研究了机床主轴的热特性.首先将表面所交换的热量等效折算成整个截面上的体积热源,考虑主轴的热弹性有限元关系,建立了主轴系统热瞬态传热学的本构方程,并推导出节点温度的矩阵方程.然后分析了主轴的散热条件和边界条件,利用瞬态温度场及热弹性耦合场模型,得到主轴的温度变化过程.最后分析了各参数对热伸长和稳态时间的灵敏度影响.此研究为优化主轴结构设计、减少发热提供了理论指导,并提出了改善主轴热特性的措施,为后续的误差补偿研究奠定了基础.     

基于ANSYS的TA2板材等离子弧焊接有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟了4 mm厚TA2板材等离子弧焊接过程,计算分析了焊接过程中瞬态温度场分布特征,并在温度场的基础上采用热-应力耦合方法计算分析了TA2等离子弧焊接头应力场分布和焊件的变形特征。结果表明,接头焊缝形貌与实际焊接过程基本吻合,温度场分布呈椭圆形特征,并且在近焊缝处具有较高的温度梯度;焊件中应力呈现拉应力和压应力共存,在焊接过程的瞬态应力场中,热应力为主要因素,而在残余应力分布中,塑变应力为主要因素;焊接完成后的变形呈现角变形特征,最大变形量2.3 mm。     

蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。      

实心橡胶轮胎瞬态温度场影响因素的研究

目的　研究实心橡胶轮胎瞬态温度场的影响因素 ,分析实心轮胎温升规律 ,为实心轮胎设计提出建议 .方法　建立实心橡胶轮胎生热率数学模型 ,具有三重非线性的三维力学分析模型 ,以及具有热力耦合的热学分析模型 .利用有限元软件进行了瞬态温度场的分析研究 .结果　车速、载荷、表面散热系数等对温升规律影响较小 ,结构尺寸具有一定作用 ,导热系数则影响较大 .结论　材料合理配方、优化结构设计可以改变轮胎的温升规律 ,提高轮胎寿命     

预制拼装箱梁现浇横隔梁水化热分析与控制研究

在节段预制拼装桥梁的墩顶节段,常常采用后浇横隔梁的方式来减轻吊装重量。后浇横隔梁在体量上属于大体积混凝土,混凝土水化热问题会引起一些部位拉应力过大,如控制措施不合理,往往会导致预制梁段在施工阶段的开裂。本文结合南京长江第四大桥的引桥工程,基于三维瞬态温度场理论,利用通用有限元程序ANSYS对墩顶梁段现浇块的水化热效应进行了数值仿真,研究箱梁水化热温度场和应力场的分布规律。分析结果表明,水化热引起的箱梁腹板外侧拉应力水平足以导致混凝土开裂,在水化热测试试验中也观测到了箱梁腹板外侧的纵向微裂缝,与分析相符。在研究水化热温度场和应力场分布规律的基础上,进行了控制水化热温度应力的措施研究,在实桥施工中证实是切实有效的。     

实心橡胶轮胎瞬态温度场影响因素的研究

目的 研究实心橡胶轮肥瞬态温度场的影响因素,分析实心轮肥温升规律,为实心轮胎设计提出建议。方法 建立实心橡胶轮肥生热率数学模型,具有三重非线性的三维力学分析模型,以及具有热力耦合的数学分析模型,利用有限元软件进行了瞬态温度场的分析研究,结果车速、载荷、表面散热系数等对温升规律影响较小,结构尺寸具有一定作用,导热系数则影响较大。结论 材料合理配方、优化结构设计可以改变轮胎的温升规律。提高轮胎寿命     

热磁耦合下淬火考虑相变的温度场有限元分析

外加磁场淬火的温度场分布模拟是一个新的领域，研究了比热容在居里温度附近的突变，建立了外加磁场淬火时瞬态温度场和相变计算的数学模型；建立了包含磁场作用的热传导方程；建立了统一的有限元基本方程，得到热磁耦合作用下瞬态温度场的分布，并进行了测试。结果表明：外加磁场淬火后，冷却速度减小，冷却曲线变缓；工件的硬度略有上升。     

SDC99钢淬火过程中应力和组织演变的有限元模拟

为了研究钢铁材料在淬火过程中内部组织和应力的变化,以自主研发的SDC99钢为研究对象,考虑相变潜热的影响,采用有限元方法对偏心圆环的淬火过程进行模拟仿真,并对淬火过程中模型的温度场、应力场和组织场的变化进行分析和研究.结果表明:经实验测定淬火过程中温度场及残余应力的分布与模拟结果吻合较好,偏心圆环上最大残余应力出现在45°及315°位置;模型硬度的分布与其马氏体含量分布趋势一致,模拟的硬度值略小于实测值.     

Stress field simulation of carburized specimens with different carbon content during quenching process

This study focuses on the numerical model simulation of stress and temperature fields of carburized specimens with different carbon content during the quenching process. In the models the coupling between thermal field, phase transformation field and stress field was considered. The changes of the thermomechanical parameters of the material, as a function of carbon content and thermal field, were considered in the stress simulations. The residual stress fields of 20CrMnTi specimens with different carbon content of 0.8% and 1.0% were measured using an X-ray stress analyzer. Finite element model (FEM) was built for simulating the residual stress field after quenching. Meanwhile, the temperature and stress fields during quenching were simulated. The measured and simulated results are in good agreement.     

7A04铝合金构件深冷处理过程瞬态温度场的数值模拟

建立了7A04铝合金构件深冷处理过程瞬态温度场的有限元模型,对7A04铝合金材料在低温状态下的若干物性参数进行了实验研究,并运用温度场反算法分别得到了铝合金试件与低温（热）介质之间的传热系数。运用ABAQUS6．5有限元软件,对7A04铝合金构件瞬态温度场的数值结果表明,在淬火、深冷与上坡淬火过程中,构件上端部位存在很陡峭的温度梯度。     

Using three-dimensional finite element analysis for simulation of residual stresses in railway wheels

One of the most important issues in railway wheels is residual stresses. It is desirable to produce less residual stresses when possible and to decrease the remaining residual stresses in the wheels. The objective of this paper is to provide an estimation of the residual stresses in the rail wheel caused by the stress field from heat treatment process of a railway wheel. A three-dimensional nonlinear stress analysis model has been applied to estimate stress fields of the railway mono-block wheel in heat treatment process. After forging or casting, railway wheels are heat-treated to induce the desirable circumferential compressive residual stress in the upper rim. Finite element analysis model is presented applying the elastic–plastic finite element analysis for the rail wheel under variable thermal loads. Calculative analysis applying a finite element method (FEM) has been used to predict residual stresses. The quenching and annealing segments of the wheel manufacturing process are simulated using a decoupled heat transfer and stress analysis. Three-dimensional finite element analysis results obtained show good agreement with those achieved in field measurements.     

Numerical simulation of quenching of large sized blocks of 718 steel used for plastic dies

Abstract

The 718 steel used for plastic dies is required to be prehardened to 29 – 35HRC. For large sized blocks, it is relatively difficult to additionally guarantee uniform hardness with the greatest hardness difference of 3HRC and without any quenching cracks after heat treatment. In this paper, the transient temperature field and microstructure transformation during the quenching process of large sized blocks of 718 steel have been simulated numerically. Based on the simulation and experimental results, an appropriate quenching process, that is, direct air cooled quenching after austenitising at higher temperatures such as 880 – 930°C, was recommended in order to reach hardness uniformity and avoid quenching cracks.     

雾化气体淬火过程耦合流场数值模拟及实验研究

运用计算流体动力学(CFD)的方法在FLUENT平台上建立雾化气体淬火的三维非稳态模型,对介质不同速度工况下淬火过程中试件温度场、流体速度场、流体温度场和流体压力场进行了流固热耦合数值模拟,并将模拟结果与边界条件实验结果进行了对比分析。结果表明,同等工况下,介质进口速度越大,流体的速度也越大;同截面上200m/s速度工况下试件上下表面两区域的压力差值比100m/s速度工况下大;试件放在淬火区淬火80s后,200m/s速度工况下试件的最高温度为299.5℃,100m/s速度工况下试件的最高温度为336℃,由此得出淬火介质进口速度越大,淬火试件的温度下降越快,试件冷却速度越快,冷却效果越好。     

渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟

该文基于热传学基本原理和热弹塑性理论,采用有限元方法,利用20CrMnTi钢的圆棒实验数据对渗碳齿轮的淬火冷却过程进行了数值模拟。为了模拟不同渗碳层厚度对残余应力的形成和分布的影响,编制了圆柱直齿轮模型以及渗碳层模型的创建,各种材料参数的输入,模型网格的划分,以及温度场和应力场求解整个过程的应用程序。通过调节参数,可以修改齿轮几何尺寸、渗碳层厚度等,可实现模拟渗碳齿轮淬火过程的参数化分析。根据数值分析结果,讨论了残余应力场对齿轮疲劳破坏的影响。     

淬火应力场对铝合金厚板固有频率的影响

建立7075铝合金厚板淬火残余应力场数学模型,理论与实验探讨振动时效中淬火残余应力场对板固有频率的影响。结果表明,板尺寸、密度、均匀性等物理材料特性确定时,其固有频率主要受到残余应力场的分布状态影响,且高阶固有频率受残余应力的影响比低阶固有频率大。淬火残余应力场总是增大板的固有频率,振动时效消减或均匀化残余应力的同时,也将降低各阶次固有频率。