淬火工艺有限元模拟中弹塑性比例系数的计算方法

淬火过程是一个温度、相变、应力应变相互影响的材料非线性过程。根据淬火过程的特点,提出了一种新的计算弹塑性比例系数的方法,使用该方法可以求解过渡单元的弹塑性比。在模拟过程中,为了提高计算精度、减少计算时间,提出了两种加速弹塑性比例系数收敛的方法:弹性逼近法和插值方法。应用弹性逼近法和插值方法对无相变冷却过程和有相变冷却过程进行有限元模拟,将模拟所得应力变化曲线与实验结果相比较。结果表明,弹性逼近法和插值方法可以显著减少弹塑性比例系数的迭代次数,计算得到的应力值与实验结果吻合较好。     

高压气体淬火工艺有限元模拟及其工艺参数评估

用有限元技术对气体淬火工艺进行了模拟.以零件表面平均硬度、表面硬度标准差、平均表面等效残余应力、表面残余应力的标准差、零件的变形程度为目标建立了评估函数,以换热系数、预热温度、淬火气体的温度为目标变量,研究了工艺参数对淬火结果的影响.结果表明,换热系数是影响淬火结果的主要因素,淬火介质的温度及零件的预热温度对于零件淬火后的性能影响很小;在工艺参数优化时,换热系数是一个理想的目标变量.     

淬火过程应力/应变场有限元模拟关键技术研究

针对淬火过程应力/应变场的特点,给出了淬火过程弹性区、塑性区的应力应变关系。根据淬火过程热物性参数及组织转变的特点,给出了处于弹性区和塑性区的单元应变增量表达式,及热应变、相变应变、相变塑性等初应变的计算方法。给出了热弹塑性问题有限元变分方程、变分方程右端列向量的计算方法及适用于淬火过程的迭代收敛准则。编写了淬火过程有限元模拟程序,并用该程序模拟了圆柱试样的淬火过程,将模拟所得结果与实验结果相比较可以看出,模拟结果与实验结果吻合较好。     

连铸板坯表面横裂纹形成机理及防止措施

从第Ⅲ脆性区、振痕以及偏析3个方面分析探讨了连铸板坯表面横裂纹的形成机理,得出仅从第Ⅲ脆性区方面不足以解释裂纹的产生,还要考虑偏析以及引起应力集中的因素(如振痕、夹杂等)。在此基础上简要讨论总结了防止板坯横裂纹产生的措施:如铸坯矫直温度、晶界析出物、二冷区冷却速度和低C钢C%的控制;结晶器振幅、锥度和保护渣的改进,降低钢中S、P含量和提高Mn/S,降低结晶器弯月面的冷却速度和改善结晶器表面光洁度等。     

淬冷过程三维温度场有限元模拟数值振荡问题的研究

用作者编写的三维有限元程序对淬冷过程温度场进行了模拟计算，并与解析解（分离变量法）进行了比较。为了解决数值振荡问题，采用了局部网格细化、动态时间步长和集中热容矩阵等方法。通过模拟结果与解析解的比较可以看出，在时间步长选择合适的情况下，集中热容矩阵能够很好地解决数值振荡问题；如果不进行集中热容矩阵，无论是细化网格还是减小时间步长，其解决数值振荡问题的效果都不好。     

淬火过程初应变项对淬火残余应力的影响

淬火过程是温度、组织和应力应变3方面交互作用的复杂过程。文章考虑了淬火过程中各项热物性参数、力学性能参数等随温度的变化情况,建立了温度、组织和应力的耦合分析结构图,自行开发了淬火过程有限元模拟软件,选择平面问题为研究对象,建立相应的有限元分析模型,分析和讨论了由温度引起的初应变、相变引起的初应变及相变塑性对淬火残余应力的影响。根据有限元分析的结果,得到了淬火过程各项初应变对淬火残余应力的影响规律。     

连铸板坯辊道输送和堆冷过程热力分析

对连铸板坯辊道输送和堆冷过程的变形问题进行了有限元热力分析。分析结果表明,冷却初期辊道输送和堆冷过程铸坯都会发生两端翘曲变形,冷却后期辊道输送过程铸坯会恢复平直而堆冷过程铸坯会发生反向弯曲。堆冷过程中加盖保温罩能使铸坯在冷却后期恢复平直而不发生反向弯曲,并且铸坯内残余应力也变小了。     

淬火冷却过程三维反传热有限元分析中优化方法对计算效率的影响

研究了三维问题的温度场有限元模拟模型和组织场与相变潜热的计算方法,自主编写了三维有限元分析软件。在此基础上,以进退法确定初始搜索区间,分别采用黄金分割法、逐次二次插值法以及二者的混合法等优化方法确定换热系数的最优值,对淬火冷却过程三维反传热问题进行了研究和结果比较。计算结果显示,三种优化方法的结果与参考值均吻合良好,但对于解析性能较好的优化函数,黄金分割法计算效率最低,逐次二次插值法计算效率最高,混合法介于二者之间,略低于逐次二次插值法,但混合法对优化函数的适应性则好于逐次二次插值法,比较稳定。因此,在效率差别不大的情况下,应优先选用混合法。     

气体淬火工艺参数多目标优化方法

以平面应变问题气体淬火过程为研究对象,提出区域表面传热系数模型,根据此模型选择5个设计量进行5因子5水平中心复合试验设计.将设计的变量代入自行开发的淬火过程有限元分析软件进行计算,得到拟合变形程度、表面平均等效残余应力、平均表面硬度和表面硬度标准差的响应曲面公式.以变形程度、表面硬度和表面等效残余应力等为目标,建立多目标优化函数,并对多目标优化函数进行非线性优化.将优化结果代入淬火过程有限元模拟软件进行计算,并比较优化前后的数值.结果表明:用优化后的工艺参数进行淬火,可以提高零件的淬火质量,优化后各项指标均得到提高.     

淬火过程温度场的三维有限元模拟

建立了淬火过程三维温度场的非线性瞬态数学模型,考虑了材料非线性、边界条件非线性以及相变潜热等多种因素的影响,并用C 语言编写了相应的有限元模拟软件.选择了一个有解析解的算例,用其结果以及ANSYS模拟结果与本文中有限元模拟程序求得的结果进行了比较,发现三者计算结果吻合较好,从而验证了本文所开发的温度场有限元模拟程序的可行性.