转炉减速器齿轮瞬态本体温度场分析

针对转炉减速器齿轮承载越来越高的现状,利用齿轮啮合理论、摩擦学、传热学、赫兹接触等理论,研究了齿轮的相对滑动速度及轮齿摩擦系数的变化规律,计算出了齿轮沿啮合线摩擦热流量。通过建立转炉减速器齿轮瞬态温度场有限元分析模型,获得了齿轮瞬态本体温度场,齿轮工作时间与温度梯度的关系表明越是能迅速达到热平衡状态,对转炉减速器齿轮传动越有利。该研究结果为转炉减速器齿轮的安全使用提供了理论依据,为以后转炉减速器齿轮瞬态本体温度场的快速建模和分析提供了方法。     

双压力角齿廓齿轮齿根弯曲应力有限元分析

根据齿轮齿根弯曲应力有限元法的一般计算步骤,并利用有限元分析软件ANSYS5.7对两种不同齿形的双压力角非对称齿廓渐开线齿轮和对称渐开线齿轮在单齿啮合区时和双齿啮合区的应力场以及位移场进行了计算;有限元分析软件计算所得的轮齿位移场和应力场与实际情况相符,而且与常规解析法计算结果变化趋势基本一致。     

双压力角非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力的有限元分析

推导出双压力角非对称渐开线齿轮系统全齿廓方程,以及在单、双齿啮合上、下界点处坐标和载荷角的计算公式,编制了相应的参数化程序.对实例的有限元分析表明非对称渐开线齿轮的齿根弯曲强度比对称齿轮有较大提高.计算结果揭示了由于时变啮合刚度的影响齿根弯曲应力在一个啮合周期的变化规律.     

基于ANSYS的铸嘴熔体耦合场三维有限元仿真分析

本文用大型通用有限元分析软件ANSYS对铸嘴内稳态层流铝熔体进行仿真分析，实现了三维建模，解决了三维热-流耦合场耦合求解的问题，得到铝熔体的速度、压力及温度的分布图，分析了铸嘴出口速度和温度的分布规律及其对连续铸轧的影响。     

点接触摩擦副最大温升的数值分析

提出了点接触热弹流润滑的简化数值解。在等温弹流润滑完全数值解的计算结果基础上,通过联立求解能量方程和热界面方程等,计算出重载条件下点接触弹流润滑状况下的三维温度分布。研究了热弹流问题的温升规律,并提出了油膜和接触体表面的最大温升公式。该公式得到了弹流测温实验的初步验证。     

双压力角非对称齿轮传动接触分析

推导出双压力角非对称齿轮在单、双齿啮合上、下界点和节点的综合曲率半径和齿面接触应力的计算公式,并用解析法对给定参数进行计算.用Autolisp语言开发了非对称与对称齿轮全齿模型的参数化设计程序,将生成的全齿模型导入ANSYS进行有限元分析.两种方法均得出非对称齿轮能有效提高轮齿齿面接触强度的结论.揭示了由于时变啮合刚度以及啮合点曲率半径的影响,齿面接触应力在一个啮合周期的变化规律,同时对两种方法的结果进行比较.     

大钢锭凝固界面换热系数的数值模拟

基于热-黏弹塑性本构方程建立了大钢锭凝固时热-流-力耦合的3D有限元模型,并对8.5t钢锭浇注过程中不同位置处热流密度、气隙宽度和界面换热系数的变化规律进行了模拟分析。结果表明,钢水与钢锭模刚刚接触时的热流密度和换热系数最大,二者随后迅速下降,且角部区域的下降趋势略大于面部。凝固初期时热流密度和换热系数的最大值位置并非位于面部中心,而是在1/4宽度处;由于宽面对钢水静压力的抵抗作用小于窄面,其界面热流密度和换热系数也略大于窄面。凝固中后期时,换热系数的区域差异逐渐趋于不明显。同时,建立了基于凝固时间和界面温度的平均换热系数的反算模型。应用2个模型所求结果计算的钢锭和钢锭模温度变化与实测值及热-流-力耦合模型结果基本一致。进一步研究发现,界面换热系数随温度的变化规律可推广应用到3~30t钢锭的模拟研究中,计算结果与实际更为符合。     

考虑热固耦合作用的高温高压井井筒完整性分析

以高温高压井套管-水泥环-地层为研究对象,建立套管-水泥环-地层组合系统的热固耦合模型,结合边界条件和连续条件,得到相应的应力解析解,并与有限元结果进行对比,验证了解析方法的计算精度.通过分析热固耦合作用下的解析解和不考虑热载荷的解析解,发现热载荷对整体等效应力的影响较大.采用Mises、Drucker-Prager及Mohr-Coulomb屈服准则定义失效系数评价套管-水泥环-地层组合系统的井筒完整性.讨论了水泥环弹性模量、泊松比、非均匀地应力系数、地层温度、套管内压等参数对套管内壁、水泥环内壁及第一、二胶结面失效系数的影响.上述因素对套管内壁、水泥环内壁及第一、二胶结面失效系数均有影响;第一胶结面失效系数较高,对井筒完整性影响较大.     

CSP主轧线人字齿轮箱承载能力有限元分析

针对某钢厂CSP(Compact Strip Production)产线主传动系统在生产高强极薄带过程中,人字齿轮频繁断齿失效问题,建立了基于非线性有限元分析软件的齿轮箱有限元模型,对轧制过程中系统负载最大的F1轧机齿轮箱进行了动态仿真研究,分析得到了轴系及齿轮受力情况,并通过理论计算,完成了相应的疲劳强度校核及承载能力评估,为断齿原因的分析查找明确了方向.分析结果表明:有限元分析与理论计算结果相符,人字齿轮座的齿轮和轴承承载能力满足设计要求,但齿轮部分安全系数在临界值附近.     

静液挤压问题应用滑移线法、上限法、主应力法、变分法及弹塑性有限元法计算的比较

应用滑移线法、上限法、主应力法、变分法及弹塑性有限元法对静液挤压加工进行计算分析。对计算结果进行了相互比较,并用实验作了核验。结果表明,有限元法计算能在挤压力、应力应变分布、塑性区的发展及模具表面压力的分布方面得到更多信息。用有限元法计算出的压力最接近实验值,得到的变形区及应变分布和实验值吻合良好。     

Finite element investigation of backbone binder removal from MIM copper compact

Abstract

Finite element (FE) model based on kinetic analysis was developed to describe the thermal debinding process of previously solvent debinded metal injection moulded (MIM) copper compacts. Thermophysical properties (specific heat, density, thermal diffusivity and thermal conductivity as a function of temperature) of MIM copper compact were measured using differential scanning calorimeter, laser flash analyser, thermogravimetry analyser and pushrod dilatometer. The proposed model is solved numerically to study binder removal and binder distribution during thermal debinding. The investigations included the analysis of residual (backbone) binder content for cylindrical MIM copper compacts at different temperatures and positions. The FE calculations are strongly based on measured thermophysical data and kinetic analysis of copper system. The FE simulated and experimental results were compared to validate the underlying FE model based on FE temperature field calculations. Drawing the real furnace temperature conditions in finite calculation can result in obtaining more accurate data.     

A method for the calculation of temperature during hot rolling of bars and rod

A semi-analytical finite element method is presented which enables the calculation of temperature distribution over the cross-section of the rolling stock as it passes through the individual stands and cooling zones of a wire rod mill. Conformal mapping techniques have been used to subdivide the numerous cross-sectional areas that occur during rolling into suitable macro-elements. The system of ordinary differential equations resulting from the application of Galerkin's method to the diffusion-convection equation is solved by means of the eigenvalue method. The accuracy of the developed mathematical method was checked by means of comparison with numerical results obtained from the conventional finite element method. The method is an integral part of a complete process model predicting the temperature distribution of wire rod and bars during hot rolling to be dealt with later.     

Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的热变形行为及模锻工艺的有限元模拟

在Gleeble-3800热模拟试验机上进行大变形等温压缩试验,研究Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的高温热变形行为和显微组织,分析材料流变应力与变形温度和应变速率的关系,建立热变形过程的本构方程和热加工图.该材料的流变应力随着温度的升高而下降,随应变速率的增加而增加;用双曲正弦函数式可描述其在热变形过程中的流变应力,热变形活化能为487.21k J·mol^-1;热加工图显示的适宜加工区间为温度1000-1100℃,应变速率0.1-1 s^-1.在热模拟试验基础上进行该钢种锻造工艺的有限元模拟,并结合热加工图分析初锻温度和加工道次对于锻件温度和应变速率的影响,得出适宜的模锻工艺参数为初锻温度1000-1100℃,锻造道次15次.     

Transient Temperature Analysis of Slab in Erdemir

A transient thermal model was developed for slab furnaces in Eregli Iron and Steel Works （Erdemir） in Turkey and the model was solved using the FlexPDE computer program. This program uses the finite element method. Program codes were written to solve the temperature distribution of slabs that are put into furnace at 25 ℃ and removed at about 1 250℃. To obtain the optimum slab exit temperature variation, the necessary air temperature inside the furnace was calculated to be 1 390℃. The slab temperature versus time and the temperature variation inside the slab were depicted.     

闪光法测量半透明材料热扩散率的理论研究

建立了闪光法测量半透明材料热扩散率的一维瞬态导热-辐射耦合换热数学模型,采用基于控制容积的离散坐标法分析求解激光脉冲在半透明材料内的温度响应,并与由热四端网络法得到的半解析解进行了对比和验证.研究结果表明:两种计算方法在各种计算条件下得到的结果吻合很好.数值方法更灵活,可以处理物性非线性问题,但计算时间较长;半解析法的计算速度非常快,但只能处理常物性问题.此外,本文对试样吸收系数、辐射边界、厚度及试样表面的热损失等因素对温度响应的影响进行了对比分析.     

铝合金超厚板热轧过程温度场模拟

根据热模拟试验所获得的实验数据,在MARC软件中建立试验铝合金的材料数据库。采用二维弹塑性大变形有限元法,对铝合金超厚板热轧过程进行了数值模拟,分析了热轧过程中轧件温度场的分布和变化规律。模拟结果表明,在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化较为剧烈。计算的板坯表面温度与实测的表面温度吻合较好,表明该模型可以用来模拟中厚板轧制过程中的温度变化。     

特厚板厚度方向形变传递规律的仿真分析

 基于Gleeble热压缩试验、有限元方法对一种HSLA钢特厚板轧制过程中厚度方向变形向心部传递的规律进行了仿真研究。首次从有限元角度定量揭示出特厚板生产中高温、低速、大压下量的轧制规范机理。仿真所用材料本构模型由Gleeble试验数据结合Arrhenius方程所构建,研究了轧制速度、压下量、轧制温度以及板坯厚度对特厚板厚度方向应变分布的影响规律。结果表明,轧制速度小于1 m/s时（平均应变速率小于 0.33 s－1）,有利于变形向钢板心部传递,削弱截面效应;压下量越大,钢板等效应变越大,且厚度方向最大等效应变出现的位置向心部偏移;轧制温度对等效应变的分布影响不显著,但是高温轧制有利于减小轧机负荷;板坯越厚,变形分布不均匀性越显著。当板坯厚度为500 mm时,截面的最大、最小等效应变差达到0.2。生产中,在设备允许的情况下,建议特厚板的轧制采用高温、低速、大压下量规范。     

6.25m焦炉推焦杆温度特性分析

推焦杆从室外进入炭化室内,推焦杆温度发生变化,不均匀的温度场会导致热变形,从而使推焦杆产生热疲劳,造成推焦困难。为了获得推焦杆温度场分布规律,针对6. 25 m捣固型焦炉设备的推焦杆进行瞬态温度场分析。建立了推焦杆瞬态温度场数学模型并确立了边界条件,通过有限元法对推焦杆进行数值模拟分析,并与试验结果对比验证建立模型的可靠性。结果表明,推焦杆头部温度最高,可达950℃;推焦杆温度呈梯度分布,以推焦杆头部为中心,沿着轴线方向依次递减,与试验结果分布趋势一致。     

湿式离合器摩擦片的热结构耦合分析

利用ANSYS软件,采用直接耦合方法,对带有周向槽和径向槽的摩擦片在滑摩过程中的温度场和应力场进行仿真计算和分析。在计算过程中考虑了摩擦片和对偶钢片摩擦所产生的热分配情况,以及摩擦片与沟槽内润滑油和外界空气的热交换,并同时考虑了各种位移约束。研究发现在滑摩过程中摩擦片的最高温度出现在摩擦表面,最高等效应力出现在沟槽内,两者的最大值出现在滑摩过程的中前期,数值分别为148.1℃和146 MPa;在每个小摩擦表面会形成椭圆热区,并且温度中间高,四周低;沿半径方向,半径越大,温度越高,小摩擦面上的温度分布为凸抛物线型,沟槽面为凹抛物线型。