基于DEFORM有限元仿真的弧齿锥齿轮热处理过程残余应力与变形分析

基于传热学基本原理和热弹塑性理论,采用有限元方法,建立了弧齿锥齿轮热处理分析模型,利用DEFORM软件模拟了渗碳淬火工艺对轮齿残余应力分布和变形量的影响,得到了渗碳淬火过程中微观组织、齿面残余应力和轮齿变形随时间的变化规律,并研究了不同淬火温度对轮齿残余应力、变形及抗疲劳性能的影响规律。仿真结果表明,热处理后轮齿齿面形成压应力,芯部形成拉应力,随着淬火温度的升高,残余压应力增大,这有利于改善弧齿锥齿轮的疲劳特性和使用性能,同时轮齿齿面变形量的分析能够为后续的弧齿锥齿轮磨削加工工艺参数的确定提供一定的理论指导。     

基于ANSYS的6110曲轴疲劳分析

对曲轴轴颈进行中频感应淬火,使圆角处产生残余压应力和淬硬层,以提高曲轴的疲劳强度和抗磨损能力.因在线测量温度、组织、应力在当前技术条件下是不可能的,需借助计算机模拟技术来了解、改进淬火工艺,满足提高曲轴疲劳强度和耐磨性的要求.本文利用ANSYS软件对连杆轴颈感应淬火过程进行模拟.计算了淬硬层厚度和淬火后的残余应力分布,并利用ANSYS疲劳分析模块对淬火前和淬火后曲轴进行疲劳分析,结果可信.     

基于流变应力特性的铝合金淬火残余应力数值模拟及试验研究

依据相关试验数据引入铝合金的流变应力特性曲线,对7075铝合金板材淬火过程进行温度场和应力场的直接热力耦合数值模拟,研究7075铝合金板材最终淬火残余应力的分布规律,并采用盲孔法对7075铝合金板材最终淬火残余应力进行测量,试验测量结果表明考虑铝合金流变应力特性的直接耦合法数值模拟出的铝合金淬火残余应力分布具有很好的准确度,同时借鉴相关文献的试验测量数据对直接耦合和准耦合两种数值模拟方法仿真出的铝合金板材内部最终淬火残余应力分布结果进行比较和评价,评比结果显示考虑铝合金流变应力特性的直接耦合数值模拟结果具有更好的准确度,能够准确模拟出铝合金板材内部最终淬火残余应力在厚度方向上(表面至中层)的非单调分布规律.     

基于ANSYS的611O曲轴疲劳分析

对曲轴轴颈进行中频感应淬火，使圆角处产生残余压应力和淬硬层，以提高曲轴的疲劳强度和抗磨损能力。因在线测量温度、组织、应力在当前技术条件下是不可能的，需借助计算机模拟技术来了解、改进淬火工艺，满足提高曲轴疲劳强度和耐磨性的要求。本文利用ANSYS软件对连杆轴颈感应淬火过程进行模拟，计算了淬硬层厚度和淬火后的残余应力分布，并利用ANSYS疲劳分析模块对淬火前和淬火后曲轴进行疲劳分析，结果可信。     

7075铝合金板预拉伸工艺研究

采用直接热力耦合的方法,引入7075铝合金高温下的流变应力特征曲线,对不同厚度的7075铝合金板材在实际淬火工艺下的淬火过程进行数值模拟,揭示铝合金板材淬火残余应力分布规律;考虑铝合金板材拉伸过程中的实际夹持方式,对不同厚度7075铝合金板材实际拉伸过程进行数值模拟,分析对比拉伸后残余应力分布规律,并对拉伸工艺进行优化,确定最佳拉伸率和锯切量,揭示厚度变化对淬火残余应力、拉伸后残余应力以及锯切量的影响规律.利用钻孔法对实际拉伸的7075铝合金板材进行拉伸后残余应力的试验测试,数值模拟结果与试验测试结果相吻合.研究结果表明,随着厚度的增加,淬火残余应力、最佳拉伸率以及锯切量都相应增大,锯切量中过渡区长度为板材厚度的60％～70％.     

基于ANSYS的6110曲轴疲劳分析

曲轴主要承受交变的弯曲-扭转载荷和一定的冲击载荷,轴颈表面还受到磨损。主要失效方式是疲劳断裂和轴颈表面的严重磨损。因此对轴颈进行中频感应淬火强化处理,主要使圆角处产生残余压应力和淬硬层,来提高曲轴的疲劳强度和抗磨损能力。由于在线测量温度、组织、应力在当前技术条件下是不可能的,有必要借助计算机模拟技术的强大计算功能,进一步了解、改进淬火工艺,满足提高曲轴疲劳强度和耐磨性的要求。本文利用软件ANSYS建立6110钢曲轴的二维轴对称模型,利用其热固耦合功能对连杆轴颈感应淬火过程进行了模拟,计算了淬硬层厚度和淬火后的残余应力分布。然后利用ANSYS疲劳分析模块对淬火前和淬火后曲轴进行疲劳分析,计算结果表明：淬火使圆角产生的残余压应力确实显著提高了曲轴的疲劳强度,模拟可信。     

不同回火工艺对热轧低碳马氏体高强钢残余应力的影响

残余应力是影响钢板板形的重要因素,回火热处理是消除热轧淬火后马氏体钢板残余应力的重要手段。研究了热轧低碳马氏体高强钢在不同热处理工艺回火后的残余应力变化规律,为降低残余应力提供了更为合理的回火工艺制度。用小孔法进行了残余应力的测试,结果表明,在回火温度为550和600℃,保温时间为2h时,回火后得到的钢板的残余应力有较明显的消除,残余应力分布也更加均匀。同时还指出,随着回火工艺的改变,钢板回火时的热应力和组织应力改变存在较显著的不同时性。     

45钢零件淬火过程中温度场的ABAQUS模拟

利用ABAQUS软件对几何外形复杂的45钢零件淬火过程温度场进行模拟,得到了45钢零件温度场随淬火时间的分布关系.模拟过程准确、迅速,适用于淬火液的选取及淬火工艺的优化,并为精确计算淬火过程中的热应力、残余应力提供理论依据.     

汽车渗碳淬火齿轮的表面残余应力研究

研究了汽车齿轮生产中渗碳热处理过程中淬火冷却和回火状况，以及磨削加工对汽车齿轮表面残余应力的影响。研究表明，充分淬火冷却有利于表面残余压应力的提高，正确的磨削工艺不改变残余应力的分布，但过多的磨削热会在次表层产生高的拉应力。     

钢件淬火过程温度场的数值模拟

利用ANSYS软件的热分析模块对某钢件淬火过程进行建模、分网、加栽及求解,得到了钢件淬火不同时刻的温度场、在某一时刻沿钢件内壁温度分布,以及钢件上所选特殊点的温度分布;同时还建立了淬火过程的数学模型。模拟过程对于淬火液的选取及淬火工艺的优化提供了参考依据,对淬火过程中的热应力、残余应力计算提供了温度边界条件。     

7075铝合金板淬火残余应力模拟及实验研究

铝合金板在淬火过程中产生较大的残余应力,导致构件出现变形、翘曲。采用准耦合法对7075铝合金板在淬火过程中的温度场和应力场进行数值模拟,利用盲孔法对淬火后的残余应力分布进行实验测量。结果表明,7075铝合金板淬火后残余应力呈现出外压内拉的分布状态,淬火过程中形成的较大温度梯度造成的不均匀塑性变形是应力产生的主要因素,铝板表层和心部冷却速度的变化导致了应力分布状态的转变。实验结果验证了准耦合模拟方法的可行性,研究结论为残余应力控制提供重要依据。     

煤矿机械零件淬火的瞬态温度场模拟分析

通过使用Abaqus软件,对某外形较为复杂的非标零件的淬火过程进行了有限元计算,得到了该零件随淬火时间的温度场分布结果。仿真过程精度及效率较高,适用于淬火工艺的改进,为淬火过程的热应力场和残余压应力场的分析提供了计算依据。     

铝合金板淬火应力与框形零件变形的数值分析

在ABAQUS软件中模拟了2A12铝合金的淬火过程,进行了实际板材淬火和钻孔法应力测量试验,仿真所得板材表面应力值与实际测量结果误差约为10.1％～16.5％,且都具有对称分布的特点,说明通过淬火仿真获得的板材内应力分布与实际淬火相吻合.基于仿真的应力分布进行加工仿真,研究了单框零件相对板厚位置对加工变形的影响,提出了由板材加工框形零件的加工变形控制策略.     

2A12厚板铝合金淬火过程有限元建模研究

淬火残余应力可能造成工件淬后裂纹、削弱其疲劳强度以及造成其体积和形状的变化.在需要进行淬火处理的厚板结构铝合金零件中,这一情况尤为显著.因此,对厚板铝合金淬火过程进行有限元模拟,预测其淬后残余应力大小及分布,具有十分重要的意义.本文运用ABAQUS/Standard软件建立了2A12厚板铝合金的淬火过程有限元模型,并用反传热算法确定了以聚乙撑二醇(PAG)溶液作为淬火介质时的换热边界条件.为了验证模拟结果的可靠性,应用X射线法对厚板淬火残余应力进行了测量.模拟结果与实测数据具有较好的一致性,表明本文建立的有限元模型具有较高的精度.     

残余应力与边界条件耦合作用对H型钢柱构件承载能力的影响

H型钢构件在生产过程中将不可避免的产生残余应力,而残余应力的存在将极大地影响构件的承载能力。采用盲孔法测试了大H型钢构件的残余应力分布,根据对大型H型钢构件的残余应力测试结果在有限元模型中引入不同残余应力分布和边界条件,讨论了残余应力与边界条件耦合作用对构件承载能力的影响。结果表明对于不同的边界条件和残余应力分布,H型钢柱构件的承载能力表现出不同的敏感性,该结果对H型钢结构设计具有一定的指导作用。     

Experimental investigation of residual stress distribution in pre-stress cutting

This paper presents an analysis and experimental study on the formation and distribution of machined surface residual stress in pre-stress cutting. In the first component of the paper, the mechanical and thermal effect on residual stress is analysed. The results show that machined harden layer and cutting heat transfer conditions are crucial to form residual stress in a machined surface. Residual stress has three kinds of distributions in different mechanical and thermal conditions: tensile stress, compressive stress and tensile–compressive stress. If pre-stress is applied, it would facilitate residual compressive stress in the machined surface effectively; its action is analysed with an experimental study. The experiment is carried out by hardened 40Cr alloy steel turning with different tool rounds and pre-stress loading; the results obtained in this study indicate that the tool round would redound to generate residual compressive stress in the machined surface and affect the residual stress distribution significantly, whilst pre-stress load can affect the magnitude of residual stress actively, but does not for its distribution. It is found that the experimental results of residual stress distribution are consistent with the theoretical analysis.     

考虑相变塑性影响的渗碳淬火齿轮的残余应力

分析了渗碳淬火齿轮残余应力的形成,建立了一种含相变塑性的热弹性本构关系.利用有限元方法对一个渗碳淬火齿轮的残余应力进行了计算.并与实验结果进行了比较,讨论了引入相变塑性的效果.     

Application of quenching to create highly triaxial residual stresses in type 316H stainless steels

It has been proposed that highly triaxial residual stress fields may be sufficient to promote creep damage in thermally aged components, even in the absence of in-service loads. To test this proposal, it is necessary to create test specimens containing highly triaxial residual stress fields over a significant volume of the specimen. This paper presents results from an experimental and numerical study on the generation of triaxial residual stresses in stainless steel test specimens. Spray water quenching was used to generate residual stress fields in solid cylinders and spheres made from type 316H stainless steel. A series of finite element simulations and measurements were carried out to determine how process conditions and specimen dimensions influenced the resulting residual stress distributions. The results showed that highly compressive residual stresses occurred around the surfaces of the cylinders and spheres and tensile residual stresses occurred near the centre. Surface residual stresses were measured using the incremental centre hole-drilling technique, while internal residual stresses were measured using neutron diffraction. Overall there was good agreement between the predicted and measured residual stresses. The level of triaxiality was found to be very sensitive to the heat transfer coefficient, and could be controlled by adjusting the cooling conditions and changing the dimensions of the steel samples. This differed from other processes, such as welding and shot-peening, where the magnitudes and distributions of residual stresses are ill-defined and the volume of material subjected to a triaxial residual stress state is relatively small.