Cr18Mn18N奥氏体不锈钢磨削过程温度场及热应力耦合的有限元模拟

针对Cr18Mn18N奥氏体不锈钢的材料属性和难磨削的加工特点,采用矩形热源模型和三角形热源模型对其平面磨削过程进行了三维有限元模拟,获得了工件的磨削温度和热应力分布情况;分析了热源模型、磨削深度对磨削温度场及热应力场的影响,并与45钢磨削的试验结果进行了对比。结果表明:Cr18Mn18N奥氏体不锈钢最高磨削温度可达651℃,最大磨削热应力可达285MPa;模拟值和45钢试验结果基本一致,说明Cr18Mn18N钢磨削加工模型是比较可靠的。     

7075-T6铝合金摩擦塞焊焊接区域温度场的数值模拟

以7075-T6铝合金为待焊材料,基于库伦摩擦定律建立摩擦塞焊的产热模型,利用ABAQUS软件模拟7075-T6铝合金的摩擦塞焊过程,建立焊接区域温度场的有限元模型,采用热流密度为定值和基于试验数据的热流密度的两种热源加载方式模拟摩擦塞焊焊接区域的温度场,并进行了试验验证。结果表明:两种热源加载方式下焊接区域温度场的变化趋势是一致的,但是相同时刻下,采用热流密度为定值的热源加载方式得到的铝板温度较高;采用两种热源加载方式得到焊接铝板测温点的温度变化趋势均和试验结果的相吻合,但采用基于试验数据的热流密度得到的模拟结果更准确,因此通过有限元产热模型来模拟7075-T6铝合金摩擦塞焊接区域的温度场是可行的。     

基于材料性质转换的金属粉末直接选区激光烧结温度场数值模拟

基于MSC.Marc非线性有限元分析软件,建立金属粉末直接选区激光烧结过程的温度场有限元分析模型。模型中考虑了粉体—实体转化过程中热导率等物理性质随温度的非线性变化规律。对于表面对流和辐射散热条件,采用修正系数的方法,考虑激光冲击加热作用引起的极大温度梯度的影响。同时还采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质,以考虑激光烧结过程中的局部热源输入作用。对采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质的方法和不采用此方法进行模拟对比研究,结果表明：前者在烧结开始时在光斑中心附近具有极大的温度梯度,这与试验结果一致;前者热传播的主要范围集中在已烧结区域,而后者热传播的范围则是整个粉床;前者进入稳态烧结后光斑中心温度变化趋于平缓,而后者的光斑中心温度一直持续上升。这主要是由于已烧结部分的材料热导率比未烧结部分的粉末高约100倍造成的。     

热源模型参数对管道焊接的影响研究

基于热弹塑性有限元法,采用轴对称模型对管道焊接工艺进行模拟分析,探讨了热源模型参数分别在固定温度峰值和线能量条件下对焊接残余应力的影响,并对固定温度峰值条件下的焊缝熔融区和热影响区尺寸与热源模型参数的关系进行了分析。结果表明：保持一定温度峰值条件下,设定不同热源模型参数,残余应力值变化显著;采用固定线能量的方法进行焊接模拟时,焊接残余应力对热源模型参数的改变不敏感;在材料属性、模型一定的条件下,热影响区尺寸的改变量与热源模型参数设定值存在一定的关系,但是两者并不相等。     

金属粉末激光烧结温度场的三维有限元模拟

综合考虑热传导、热辐射和热对流及变热物性参数,基于ANSYS平台建立了连续移动的三维瞬态金属粉末直接激光烧结温度场的有限元模型;利用APDL参数化设计语言实现热源移动,利用焓处理相变潜热的影响,对水雾化铁粉的烧结成型温度场进行了模拟,系统分析了激光熔池的加热和冷却规律及温度场随时间的变化规律。模拟结果表明:随着时间的增加,由于热积累效应使得激光熔池的温度越来越高;彗星状温度云图的最高温度并不在激光光斑中心而是稍微滞后;模拟结果显示烧结过程中将产生液相,这与先前的实验结果吻合较好。     

粉末注射成形材料微波烧结过程的有限元模拟

基于传统电阻加热烧结过程的建模与模拟,通过对粉末注射成形材料微波烧结过程的机理分析,结合电磁场、热力学以及连续介质力学原理,确定了微波烧结全过程的数学模型和模拟方法;通过建立合理的力学模型和控制方程,采用COMSOL Multi-physics软件模拟微波烧结过程,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:氧化锆粉末成形件在微波烧结初始阶段加热缓慢,当温度升至400℃之后,成形件内部温度持续急剧升高;当加热至1 360℃时,烧结件的相对密度高达92%,可满足粉末烧结工艺要求;建立的数学模型能有效模拟微波烧结过程中粉末成形材料内部的电场、温度场分布以及密度的衍化过程。     

快速再制造成形温度场模拟中的热源模型对比研究

介绍了基于快速成形的熔覆快速再制造系统,对成形温度场模拟中的两种热源模型,即高斯热源模型和双椭球热源模型,使用单元生死技术模拟熔覆区动态成形过程,并做了相应的成形试验,采集了温度数据,将两种热源下的温度场数据进行对比.研究结果表明,双椭球热源模型的模拟结果更加接近试验结果.     

钛粉选区激光烧结三维瞬态温度场模拟

考虑材料在烧结过程存在着相变潜热的特性和材料热物性参数随温度变化特性等,基于ANSYS建立选区激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)成型过程的模型,并且利用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了激光高斯热源的移动加载。以纯钛粉末为烧结材料进行三维瞬态温度场模拟。模拟结果表明:由于热积累效应,随着扫描时间的增加,熔池的温度越来越高,热影响区也随之增大;光斑中心热影响区随激光功率增加而扩大,同时热影响区温度也随激光功率增加在提高;扫描速度小,容易造成液相的流动,出现孔洞,扫描速度过大,则粉末不能完全熔化。     

挖掘机动臂板焊接温度场模拟及影响因素分析

利用有限元方法对挖掘机动臂平板对接焊温度场进行了分析,采用Goldak椭球热源模型,应用DFLUX子程序定义热源模型的位置、大小、热输入以及焊接速度等参数来模拟瞬态温度场的分布及其变化,在此基础上通过改变焊接热输入、热源模型参数和焊接速度来分析其对温度场分布的影响规律.研究结果表明,由于焊接热源具有集中移动的特点,焊接热源模型参数以及焊接速度对焊缝区和热影响区的温度分布影响比较明显,热输入的变化与最高温度的变化大致呈线性关系.运用有限元法,选取Goldak椭球热源模型通过DFLUX子程序可有效进行挖掘机动臂平板焊接的数值模拟.     

暖气T型管道焊接三维温度场及热应力场分析

对全数字自动焊接设备下的暖气T型管道焊接进行数值模拟研究,采用数学解析与试验相结合的方法验证了温度场模拟结果,并分析了不同焊接路径下的热应力。结果表明:热源选择直接影响焊接时的最高温度,而散热函数直接影响焊后降温速率。双椭球热源焊接下的母材的最高温度及冷却速率与数学解析结果相吻合,温度循环曲线与热成像仪实验趋势一致。热应力在焊缝中心线很小,向焊缝融合线增加至最大应力,达到材料的屈服强度。焊接路径及装夹约束对焊接应力应变均有影响,本文根据该分析结果合理选择焊接工艺运用于暖气管道T型管焊接。     

激光直接烧结成形多层金属薄壁件的温度场有限元模拟

为掌握多层粉末烧结过程中激光熔池的加热冷却规律以及各烧结层之间的相互影响,综合考虑热传导、热辐射和热对流以及材料的高度非线性,基于ANSYS平台建立了多层金属薄壁件的三维温度场有限元模型,利用APDL语言编程实现模拟中激光热源的移动,采用"单元生死"技术描述粉末材料动态增长过程。模拟结果表明:在现有工艺参数下,烧结获得的熔深在0.15mm以上,熔宽在0.61mm左右,烧结成形件与基体以及层层之间搭接牢固;成形件中,与x方向的热梯度相比,z方向热梯度占绝对优势,这说明成形件在冷却过程中热量的散失以堆积方向为主。将模拟结果与实验结果进行了对比,实验结果较好地验证了模拟结果。     

金融税控收款机PCBA热设计和热分析

金融税控收款机小型化、保密性设计使得其PCBA热设计和热测试侃为困难,为此基于传热学基本原理对PCB及元器件布局进行了热设计,并应用Icepak热分析软件对PCBA的热设计方案进行了温度场模拟,获得了PCBA四种工作模式充电状态下的温度分布。数值模拟结果表明：除防护墙内的元件外,读卡模式元器件的温度明显高于其它模式相应元器件的温度,进行了PCBA热测试,测试结果表明：元器件温度都处于正常工作范围,数值模拟结果与实验值也吻合得较好,说明文中热设计和热分析的有效性。     

国产X射线衍射仪低温测试的温度准确性验证

采用冷压陶瓷技术开发具有一级相变、居里温度（TC）低于室温的（Ba0.91La0.09）Ti1-0.09/4O3（BL9T）单相陶瓷。该陶瓷用于国产X射线衍射仪低温粉末XRD测量时的温度准确性验证。考虑晶体结构随温度的弛豫后,由介电温谱和变温拉曼光谱技术综合确定的砭最高为-62℃,以确保BL9T在％以上始终处于立方结构。以BL9T的单胞体积（圪）与温度的线性膨胀关系为依据,验证了在低于室温进行粉末×RD测量时变温样品室具有较高的温度准确性。在-30℃到-60℃温度范围内,变温样品室内热电偶的监控温度（瓦）与陶瓷粉末样品表面的实际温度（t）的偏差非常小（〈2℃）。     

基于ANSYS的高速冲床整机热分析

基于高速精密数控冲床热特性设计要求,使用Solidworks软件对整机模型建模,对某型高速精密数控冲床进行了热源分析与计算以及边界条件分析,利用ANSYS有限元软件分别分析了曲轴系统、导轨系统对整机温度场的影响,分别研究了两种情况下对整机的变形量;进一步分析了热变形对加工精度的影响,得出导轨系统对热变形的影响较大;最后综合各种因素对整机热变形进行分析,建立了整个冲床的温度场和应力场,为冲床的结构优化设计和热平衡设计提供理论依据。     

金属型铸造温度场的有限元数值模拟及确定热物理参数的"逆方法"

采用虚拟仿真技术,利用ANSYS软件,对铸造系统凝固过程的温度场进行研究。考虑了相变潜热、对流边界条件和界面传热系数等各种因素,并将ANSYS计算结果与实验数据进行对比,得到了合理的温度分布,为进一步研究消除铸造缺陷等工程实际问题打下了基础。同时提供一种确定热物理参数的“逆方法”。     

基于ANSYS的直流电磁铁温度场仿真分析

基于ANSYS有限元软件对电磁铁温度场进行了稳态及瞬态仿真,仿真中考虑了热载荷和边界条件随时间的变化,仿真得到了线圈温度随时间的变化规律以及电磁铁其他部分的温度场分布。对电磁铁线圈进行了发热试验,试验结果表明本研究建立的电磁铁温度场仿真模型能够准确的计算出线圈温度随时间的变化规律。     

镁合金熔炉坩埚瞬态传热与热应力分析

针对镁合金熔炉坩埚使用寿命较短,坩埚各接合处易变形开裂而失效,采用有限元分析方法,对镁合金熔炉坩埚升温过程进行了瞬态传热模拟分析,得到了其升温过程曲线和温度场分布云图,并与实验采集的数据进行对比;在此基础上进行热—结构耦合分析,计算得出了升温结束时坩埚各接合处的热应力分布情况。分析结果显示:坩埚瞬态传热分析结果与实验数据吻合良好,说明瞬态传热分析真实可靠;坩埚各接合处热应力波动较大且局部有应力集中现象。     

Finite element analysis of laser inert gas cutting on Inconel 718

Inconel 718 has high strength, which makes it difficult to cut using conventional cutting methods. In the present study, the laser inert gas cutting of Inconel 718 was simulated by finite element analysis software ANSYS. Finite element method was used to predict thermal stress and kerf width formation during the laser cutting process. ANSYS Parameter Design Language was used to model the Gaussian-distributed heat flux from the laser beam acting on the workpiece. The removal of melted material during laser cutting to form the kerf width was modeled by employing the element death methodology in ANSYS. In addition, laser cutting was simulated at continuous wave (CW) and the effects of laser power and cutting speed on kerf width were investigated. A series of experiments were carried out to verify the predictions. The temperature fields on the workpiece were measured using thermocouples. The kerf width size was measured using a profile projector, whereas the metallurgical and morphological changes at the cutting edge were examined using scanning electron microscopy. A good correlation was found between the simulation and experimental results.     

基于热力转换机理仿真圆柱体零件形体边界约束的热变形

提出了热变形精确分析理论与一种仿真方法以保证热误差影响下机械零件的最佳配合。从微观分子力学理论出发,在充分考虑材料属性、温度以及形体边界约束对热变形影响的基础上,提出了热力转换热变形分析理论,将零件热变形问题等效为力变形问题。针对一组铝制空心圆柱体零件进行了热变形测量实验,给出了基于ANSYS Workbench仿真环境的热力转换热变形仿真方法,并对比分析了实验结果与仿真结果。结果显示:铝制空心圆柱体零件受高温变形时,不同内外径尺寸的空心圆柱体其热膨胀系数是不相同的;外圆径向热膨胀系数大约是内圆径向热膨胀系数的2倍;基于热力转换理论的仿真结果与实验结果吻合较好,吻合度达到98%以上,验证了热力转换热变形分析理论的合理性和有效性。提出的方法弥补了ANSYS Workbench传统热分析完全忽略形体边界约束影响零件热变形的缺陷,为后期热鲁棒性结构设计提供了重要参考。