基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，焊接作为一种重要的连接工艺，在航空、汽车、船舶、石油化工等领域的应用日益广泛。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力场对焊接结构的性能有着至关重要的影响。
为了深入理解焊接过程中的热-力行为，预测焊接结构的变形和残余应力，进而优化焊接工艺参数和提高产品质量，本文旨在利用ANSYS有限元分析软件，对焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究。
本文首先简要介绍了焊接数值模拟的意义和现状，包括焊接数值模拟的重要性、国内外研究现状和存在的问题等。
随后，详细阐述了ANSYS 软件在焊接数值模拟中的应用，包括其基本原理、分析流程、模型建立、参数设置等方面。
在此基础上，本文以某典型焊接结构为例，详细阐述了焊接温度场和应力场的数值模拟过程，包括模型的建立、边界条件的设定、求解参数的选择、结果的后处理等。
对模拟结果进行了详细的分析和讨论，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考。
本文的研究不仅有助于深入理解焊接过程中的热-力行为，为优化焊接工艺参数和提高产品质量提供理论支持，同时也为ANSYS软件在焊接数值模拟领域的应用推广和进一步发展奠定了基础。
二、焊接理论基础焊接是一种通过加热、加压或两者并用，使两块或多块金属在原子层面结合形成永久性连接的工艺过程。
焊接过程涉及复杂的物理和化学变化，包括金属的熔化、凝固、相变以及应力和变形的产生等。
因此，深入了解焊接过程的理论基础对于准确模拟焊接过程中的温度场和应力分布至关重要。
焊接过程中，热源将能量传递给工件，导致工件局部快速升温并熔化。
熔池形成后，随着热源的移动，熔池中的液态金属逐渐凝固形成焊缝。
焊接热源的类型和移动速度、工件的材质和厚度等因素都会影响焊接过程的温度场分布。
为了准确模拟这一过程，需要了解各种热源模型（如移动热源模型、体积热源模型等）及其适用范围，并选择合适的模型进行数值模拟。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法，广泛应用于各种工程结构中。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。
因此，对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。
本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型，设定材料的热学性能参数，如热导率、比热容等。
同时，设定焊接过程中的热源模型，如高斯热源模型等。
2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分，以便更好地捕捉温度场的分布情况。
设定边界条件，包括环境温度、对流换热系数等。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解，得到焊接过程中的温度场分布情况。
分析温度场的变化规律，研究焊接过程中的热循环行为。
三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型，设定材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等。
同时，导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。
2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分，并设定约束条件，如固定支座等。
这些约束条件将影响应力的分布情况。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解，得到焊接过程中的应力分布情况。
分析应力的变化规律，研究焊接过程中的残余应力分布情况。
同时，结合温度场分析结果，研究温度与应力之间的关系。
四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟，得到了焊接过程中的温度场分布情况。
结果表明，在焊接过程中，焊缝处的温度较高，随着距离焊缝的增大，温度逐渐降低。
同时，随着时间的变化，温度场呈现出明显的热循环行为。
2. 应力分析结果在应力分析中，我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。
这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域，并呈现出一定的规律性。
ANSYS计算温度场及应力场
ANSYS计算温度场及应力场在ANSYS中计算温度场需要考虑的因素有很多，比如热源、热传导、边界条件等。
首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。
然后，我们可以选择合适的求解器，比如热传导方程求解器，来解决温度场的传导问题。
在建立模型时，需要给定材料的热导率和密度等属性，这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。
对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS 的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS中。
然后，我们需要给定边界条件，比如边界上的温度和热通量。
这些条件可以通过实验测量或者根据实际情况进行估计。
在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决温度场的传导问题。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
这些方法可以根据不同的情况选择合适的求解器，并通过迭代计算来获得温度场的分布。
在计算完温度场后，我们可以使用ANSYS的后处理工具来分析和可视化结果。
例如，可以绘制温度云图、温度剖面和温度梯度图，以展示温度场的分布情况。
此外，还可以计算温度场的平均值、最大值和最小值等统计量，以评估系统的性能和安全性。
另外，ANSYS还可以用于计算应力场。
在计算应力场时，需要考虑的因素包括材料的应变-应力关系、加载条件和几何形状等。
首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。
然后，选择合适的求解器，比如有限元法求解器，来解决应力场的静力学问题。
在建立模型时，需要给定材料的弹性模量、泊松比和密度等属性。
这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。
对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS 中。
然后，我们需要给定加载条件，比如施加在模型上的力和边界约束。
这些条件可以根据实际情况进行估计。
在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决应力场的静力学问题。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、边界元法和模态分析等。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程的不断发展，焊接作为连接各种金属材料的主要方法之一，其过程和结果的研究显得尤为重要。
焊接过程中，由于局部高温和材料相变，会产生复杂的温度场和应力分布。
这些因素对焊接接头的质量、强度和耐久性有着重要影响。
因此，对焊接温度场和应力的数值模拟研究具有重要的理论和实践意义。
本文将基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究。
二、焊接温度场的数值模拟研究1. 模型建立在ANSYS中，我们首先需要建立焊接过程的物理模型。
根据实际焊接条件和材料属性，设定合理的几何尺寸和材料参数。
同时，考虑到焊接过程中的热源分布、热传导和热对流等因素，我们采用适当的热源模型和边界条件。
2. 网格划分与求解在模型建立完成后，我们需要对模型进行网格划分。
网格的精细程度将直接影响模拟结果的准确性。
接着，我们设定求解器，根据热传导方程和边界条件进行求解。
通过求解，我们可以得到焊接过程中的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟研究1. 热弹性-塑性本构关系焊接过程中，由于温度的变化，材料将发生热膨胀和收缩。
这种热膨胀和收缩将导致应力的产生。
在ANSYS中，我们需要设定合理的热弹性-塑性本构关系，以描述材料的热膨胀和收缩行为。
2. 应力求解与分析根据热弹性-塑性本构关系和温度场分布，我们可以求解出焊接过程中的应力分布。
通过对应力结果进行分析，我们可以了解焊接接头的应力分布情况，从而评估焊接接头的质量和强度。
四、结果与讨论1. 温度场分布通过ANSYS模拟，我们可以得到焊接过程中的温度场分布。
温度场分布将直接影响焊接接头的质量和性能。
我们可以观察到，在焊接过程中，局部高温将导致材料发生相变和热膨胀。
同时，热对流和热传导将影响温度场的分布。
2. 应力分布在得到温度场分布的基础上，我们可以进一步求解出焊接过程中的应力分布。
应力分布将直接影响焊接接头的强度和耐久性。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和工业自动化技术的飞速发展，焊接技术已经成为一种关键的加工手段，被广泛应用于机械、船舶、航空和汽车等领域。
焊接过程中的温度场和应力分布直接影响焊接质量和性能。
因此，通过数值模拟研究焊接过程中的温度场和应力分布具有重要意义。
本文利用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟，分析温度场和应力的变化规律，为优化焊接工艺和提高焊接质量提供理论依据。
二、ANSYS在焊接模拟中的应用ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，具有强大的热-结构耦合分析能力。
在焊接模拟中，ANSYS可以通过建立三维模型、设定材料属性、加载边界条件等方式，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟。
通过ANSYS软件，我们可以更加直观地了解焊接过程中的温度分布和应力变化，为优化焊接工艺提供理论支持。
三、焊接温度场的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，设定材料属性，包括热导率、比热容、热膨胀系数等。
根据实际焊接工艺，设定加热速度、焊接速度、电流等工艺参数。
（二）温度场模拟与结果分析在设定的边界条件下，模拟焊接过程中的温度场变化。
通过分析温度场的分布规律，可以得出焊接过程中各部位的加热速度、峰值温度等信息。
结合实际工艺参数，可以优化焊接工艺，提高焊接质量和效率。
四、焊接应力的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定与温度场模拟类似，在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，并设定材料属性。
考虑到焊接过程中的热-结构耦合效应，需要设定材料的热弹塑性本构关系。
（二）应力模拟与结果分析在模拟过程中，考虑热-结构耦合效应，分析焊接过程中的应力分布和变化规律。
通过分析应力场的分布、大小和变化趋势，可以得出焊接过程中各部位的应力状态和变形情况。
结合实际工艺参数和应力分布规律，可以优化焊接工艺，减少焊接过程中的残余应力和变形。
五、结论本文利用ANSYS软件对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。
基于ANSYS的温度场仿真分析
基于ANSYS的温度场仿真分析引言：在工程领域中，温度场分布的仿真分析是一项重要的工作。
温度场分布的准确预测和优化设计对于许多工业过程和产品的设计和改进至关重要。
在这里，我们将介绍一种基于ANSYS软件的温度场仿真分析方法。
一、ANSYS软件简介ANSYS是一种广泛使用的通用有限元分析（FEA）软件。
它提供了强大的功能，可以进行多种物理和工程仿真分析。
其中，温度场分布的仿真分析是ANSYS的一个主要功能之一二、温度场仿真分析的步骤1.几何建模：使用ANSYS的几何模块进行物体的几何建模。
可以通过绘制二维或三维几何形状来定义和创建模型。
2.网格划分：对几何模型进行网格划分，将其划分为小的单元，以便进行离散化计算。
网格划分的质量直接影响到仿真结果的准确性和计算速度。
3.边界条件设置：根据具体的问题，设置物体表面的边界条件。
边界条件包括固定温度、传热系数、对流换热等。
边界条件设置的准确与否对温度场的分布有重要影响。
4.材料属性定义：为物体的各个部分定义材料属性，包括热导率、热容量等。
这些属性是模型中的重要参数，直接影响到温度场的分布。
5.求解和后处理：设置求解算法和参数，开始进行仿真计算。
求解器根据网格和边界条件，通过计算方程的数值解确定温度场的分布。
计算完成后，可以进行后处理，生成温度场分布的图表和报告。
三、温度场仿真分析的应用温度场仿真分析在多个工程领域中得到广泛应用。
以下是几个示例：1.电子设备散热优化：通过温度场仿真分析，可以评估电子设备中的热量分布，优化散热设计，确保电子设备的正常运行和寿命。
2.汽车发动机冷却系统：通过温度场仿真分析，可以预测汽车发动机冷却系统中的温度分布，优化冷却器的大小和位置，提高冷却效果。
3.空调系统设计：通过温度场仿真分析，可以预测房间内的温度分布，优化空调系统的风口布置和参数设置，实现舒适的室内温度。
4.熔炼和混合过程优化：通过温度场仿真分析，可以预测熔炼和混合过程中的温度分布，优化加热和冷却控制，提高生产效率和产品质量。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展，焊接技术作为制造行业中的关键工艺之一，其质量和效率直接关系到产品的性能和寿命。
因此，对焊接过程中的温度场和应力分布进行精确的数值模拟显得尤为重要。
ANSYS作为一种功能强大的工程仿真软件，被广泛应用于焊接过程的数值模拟。
本文将基于ANSYS，对焊接温度场和应力进行数值模拟研究，以期为实际生产提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，包括焊件、焊缝、热源等部分。
其中，焊件采用实体单元进行建模，焊缝则通过线单元进行描述。
热源模型的选择对于模拟结果的准确性至关重要，应根据具体的焊接工艺选择合适的热源模型。
2. 材料属性及边界条件根据实际材料，设定焊件和焊缝的热导率、比热容、热扩散率等物理参数。
同时，设定初始温度、环境温度等边界条件。
3. 数值模拟过程根据焊接过程的实际情况，设定加载步和时间步长，模拟焊接过程中的温度变化。
通过ANSYS的热分析模块，得到焊接过程中的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 耦合分析焊接过程中，温度场的变化会导致应力的产生。
因此，在ANSYS中，需要将在热分析中得到的温度场结果作为应力分析的输入条件，进行热-结构耦合分析。
2. 本构关系与材料模型根据材料的本构关系和力学性能，设定材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数等参数。
同时，选择合适的材料模型，如各向同性模型或各向异性模型。
3. 应力分析通过ANSYS的结构分析模块，结合耦合后的温度场结果，进行应力分析。
得到焊接过程中的应力分布和变化情况。
四、结果与讨论1. 温度场结果分析通过ANSYS的后处理功能，可以得到焊接过程中的温度场分布图。
分析温度场的分布情况，可以了解焊接过程中的热传导和热扩散情况，为优化焊接工艺提供依据。
2. 应力结果分析同样，通过后处理功能可以得到焊接过程中的应力分布图。
分析应力的分布和变化情况，可以了解焊接过程中产生的残余应力和变形情况。
基于ANSYS的温度场仿真分析
式中 ： ［ Ｃ］ 为 比热 矩 阵 ， 考 虑 系 统 内能 的增 加 ： ［ Ｋ］ 为 传 导 矩
阵， 包含导热系数 、 对流 系数及辐射率 和形 状 系数 ； ｛ Ｔ｝ 为节点温
度向量 ； ｛ Ｔ｝ 为温度对时间的导数 ； ｛ Ｑ（ ｔ ） ｝ 为 节 点 热 流 率 向量 ， 包 含 热 生成 。 温 度箱 中温 度 场 的热 分 析 属 于 瞬态 热 传 导过 程 。
绝 缘 材 料 在 高 温 条 件 下 长 期 运 行 会 造 成 热 老 化 ，使 绝 缘 性 能下降 ， 在 高压 作 用 下 易 击 穿 。 为 进 一 步 研 究 绝 缘 材 料 热 老 化 特 性， 需 将 绝 缘 材 料 放 置 在 温 度 箱 内长 时 间加 热 ， 再 进 行 绝 缘 特 性
元 类 型 、定 义 材 料 相
导热 系数 比热 容
（ Ｗｌ ｍ・ ｘ、 Ｊ ／ ｋ ｇ ‘ Ｋ
０ ． １ ２ １ ０ ３ ０
生热 率
Ｗ／ ｍ３
密度
ｋ ｇ ／ ｍ
１ ． ２ 型 通 用 有 限元 分 析 软 件 ， 能 够 进 行 机 械 应
１ ０ ４
基 于 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ的 温 度 场 仿 真 分 析
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的温度场仿真分析
Ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｆ ｉ ｅｌ ｄ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳ ＹＳ
潘从 芳 娄 毅 蔺 红 张起 瑞 杨 一 胡 贺 明
（ 新 疆 大学 电 气工程 学 院 ， 新疆 鸟 鲁木 齐 ８ ３ ０ ０ ４ ７ ）
重轨淬火过程中的温度场模拟
时阿】／ｓ 图４时间一温度曲线
Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｉｍｅ．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
表２理论计算与实测温度的比较
Ｔａｂ．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
位置 节点 计算温度／℃ 实测温度／℃
由于实验中控温效果很好，并采用将热电偶 焊接到重轨试样上的方式测温，因此认为实测温 度比较准确。时间１０ Ｓ，测温点位置共包括５个 点，即如网３（ａ）所示１、２、３、４、５节点。测温热电偶 对５个节点进行测量，实测结果与仿真结果的比 较见表２。可看出，轨头中心的温度最高，重轨表 面及外缘处的温度较低．这是因为这些面与冷空 气直接接触。还可以以破坏重轨为条件，将重轨
实践证明．重轨的理想金相组织是索氏体．因 为它不仅有较高的硬度和耐磨性。而且还有较好 的力学性能。重轨冷却到６１０℃左右也是保证热
４ 结束语
模拟计算能较准确地模拟重轨淬火过程中的 温度变化趋势，而且模拟计算得到的温度与实测 温度接近。模拟计算值和实测值吻合得很好，表明 模型的有效性。模型能够对重轨淬火过程的温度 场进行较准确的模拟计算。通过不断调整淬火热 处理参数和优化仿真模型，最终获得最佳工艺参 数。因此温度场的模拟是一种科学、经济、高效的 手段。可以为钢厂创造更大的价值，并对重轨淬火 丁艺和重轨生产Ｔ艺的制定都具有重要的价值和 指导意义。
［４】 张国智，胡ｆ＿喜，陈继刚，等．ＡＮＳＹＳｌ０．０热力学有限元 分析实例指导教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．
１２—１３．田
《热加工工艺》２００８年第３７卷第２２期
７９
万方数据
重轨淬火过程中的温度场模拟
作者：
基于ANSYS的斜齿轮淬火温度场和应力场仿真分析毕业论文设计
本科毕业论文（设计）论文题目：基于ANSYS的斜齿轮淬火温度场和应力场仿真分析基于ANSYS的斜齿轮淬火温度场和应力场的仿真分析摘要齿轮传动是现代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种主要形式，是各种机械产品的重要基础零部件。
在齿轮传动过程中，需要有较好的硬度和耐磨性，这可以通过齿轮的淬火来完成，但在淬火过程中，齿轮的尺寸和形状都会出现不同程度的改变，特别是大型淬火齿轮的变形，我们需要进行很好地控制，但这种研究，需要受到条件的限制，较高的成本和较长的实验时间，通过计算机仿真，可以大大提高研究效率，降低实验费用，还可以仿真在不同工艺参数下的实验，获得合理可行的最佳的工艺参数。
本课题利用了ANSYS有限元仿真分析软件，对齿轮淬火过程的温度场和应力场进行了仿真，得出了在不同时间段内淬火过程的温度和应力分布图，并进行了数据的分析对比，得出了影响淬火效果的各因素之间的关系，为之后对齿轮淬火变形的研究分析提供了数值依据。
关键词：斜齿圆柱齿轮，淬火，有限元，计算机仿真Temperature Field and Stress Field in the Quenching Progress ofHelical Gear Based on ANSYSAbstractGear transmission is one of the most common mechanical transmission in modern machines ,it’s a main form of transferring power and sport of machine ,and it’s the important foundation of spare parts in all kinds of mechanical products .In the process of gear transmission ,it needs good hardness and wear resistance .This can be completed ,through the quenching ,but during the quenching ,the size and shape will change ,especially the quenching of big gear .We need to control it perfectly ,but this study needs the limit of the condition ,more money and longer time .Through the computer we an save much time and money ,and it can get the most suitable results.This subject uses ANSYS software to simulate the quenching progress of gear of the temperature field and stress field ,which concludes that the different period quenching progress temperature and stress distribution and the analysis of the data contrast, and the influence of quenching effect that the relationship between the various factors , As for the gear after quenching deformation of numerical analysis provides the basis.Keywords :Helical-Spur Gear，Quenching，Finite Element，Computer Simulation目录第一章绪论......................................................................................................... - 1 -1.1 齿轮的淬火处理................................................................................... - 1 -1.2有限元方法............................................................................................ - 1 -1.3齿轮有限元仿真的现状........................................................................ - 2 -1.4 课题意义............................................................................................... - 2 -1.5 研究内容............................................................................................... - 3 -第二章斜齿圆柱齿轮的几何特征和模型建立................................................... - 3 -2.1 斜齿圆柱齿轮的几何特征................................................................. - 3 -2.2 斜齿圆柱齿轮的三维模型建立........................................................... - 5 -第三章斜齿圆柱齿轮渗碳淬火过程热力学模型............................................... - 6 -3.1 相关材料热力学参数........................................................................... - 6 -3.1.1热学性能参数................................................................................ - 6 -3.1.2 力学性能参数............................................................................... - 7 -3.2 建立齿轮模型....................................................................................... - 7 -3.3 淬火仿真方案及其相关参数............................................................... - 8 -第四章斜齿圆柱齿轮淬火过程的计算机仿真................................................. - 10 -4.1 温度场分布的仿真............................................................................. - 10 -4.1.1 瞬态传热的数学模型................................................................. - 10 -4.1.2 齿轮淬火温度场的仿真............................................................. - 11 -4.1.3 温度场仿真................................................................................. - 13 -4.2 淬火应力分布的仿真......................................................................... - 15 -第五章全文总结................................................................................................. - 18 -5.1 结论..................................................................................................... - 18 -5.2 研究不足及展望................................................................................. - 18 -致谢..................................................................................................................... - 20 -参考文献................................................................................................................. - 21 -第一章绪论1.1 齿轮的淬火处理齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种主要形式，是各种机械产品的重要基础零部件。
基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析毕业论文设计 精品
本科毕业论文（设计）论文题目：基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析摘要本文以规格为50kg／m的重轨为研究对象，通过综合考虑材料热物性参数随温度的非线性变化、热传导及高压气体冷却等动态边界条件，运用ANSYS软件，采用有限单元法，建立了淬火重轨的瞬态温度场和应力场的三维模型。
通过ANSYA软件仿真淬火重轨各个时间段的温度场。
根据重轨温度场的变化规律，选择合理的喷风压强，最终得到理想的索氏体组织。
在数值模拟计算的过程中，输入在不同的喷风压力下的对流换热系数，得到相应的温度场和应力场结果，并对结果进行了分析。
计算了强制冷却、空气自然对流等淬火过程的温度场和应力场分布情况，分析淬火时间对温度场和应力场的影响。
得到最佳的喷风冷却时压强，从而为实际生产制定合理的重轨淬火工艺提供了依据。
关键词：重轨，淬火，温度场，应力场，ANSYS2Simulation of quenching temperature field and stress field forheavy rail based on the ANSYSAbstractThe specification of 50kg／m—heavy rail was taken as investigated subject in this paper．In this model．the equivalent thermal capacity method was used to deal with the influence of latent heat on temperature filed and the transformation stress which resulted from phase transformation was taken into account using the equivalent linear expansion coefficient method．The impact of material’s non-1inear parameter on temperature field was considered．The results show that the simulation result is identical with the measuring temperature．According to the distribution of temperature field，the time of compressed air should be controlled．The ideal sorbite can be gained．During the process of calculating in numerical simulation，inputted the convective heat transfer coefficient under different wind pressure received the corresponding result of temperature field and stress filed，and analyzed the result．This paper analyzed that calculated heating，keeping warm，force cooling and air coo ling’s temperature field and stress filed distribution in such different operating modes．Get the best heating, thermal insulation, cooling, natural air time and the result can be used to guide the quenching process design．Key words：Heavy rail，Quenching，Temperature field，Stress filed，ANSYS目录第一章绪论 (1)1.1课题研究意义 (1)1.2影响重轨淬火技术的主要因素 (2)1.3重轨淬火数值模拟的国内外研究现状 (2)1.4研究内容 (4)第二章重轨淬火温度场和应力场的理论基础 (4)2.1重轨淬火温度场理论基础 (5)2.1.1热传递方式 (5)2.1.2重轨淬火时定解条件 (5)2.1.3淬火时热传导初始条件 (6)2.1.4重轨淬火的边界条件 (6)2.2重轨淬火应力场理论基础 (8)2.2.1热弹性和热塑性问题 (8)2.2.2热弹塑性问题的求解 (9)2.3组织场求解理论基础 (9)第三章重轨温度场和应力场ANSYS仿真过程 (10)3.1用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的方法 (10)3.2用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的步骤 (10)3.2.1建立重轨的三维模型 (10)3.2.2确定重轨的各项材料参数及初始条件 (11)3.2.3ANSYS仿真重轨温度场和应力场的基本步骤 (11)第四章重轨淬火过程的温度场和应力场分析 (19)4.1研究不同压强下温度场和应力场的前提条件 (19)4.2不同压强下喷风温度场对比分析 (19)4.3不同压强下喷风应力场对比分析 (22)第五章全文总结 (24)5.1论文研究结论 (24)5.2论文研究的不足及展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)2 4第一章绪论1.1课题研究意义淬火是机械零件生产加工过程中的关键环节之一, 它涉及到传热学、金属相变动力学、化学、力学等多种学科. 淬火过程是一个温度、应力、相变相互影响的高度非线性问题, 在理论上对温度场、组织场、应力场耦合求解几乎是不可能的。
基于ANSYS的等离子弧表面淬火过程温度场的数值模拟
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｅｄ ｏ ｌｓ ｕ ｆ ｃ ｕ ｎ ｈ ｎ ｓｓｍｕ ａｅ 山 ＡＮＳ ．Ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｓ ｔ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｈ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｌ ｆ ａ ｍａ ｓ ｒａ ｅ ｑ ｅ ｃ ｉ ｇ ｉ ｉ ｌ ｔｄ ｗｉ ｉ ｐ ＹＳ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔｅ ｒ ｕ ， ｅ ｌ ｔ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｏ ｈ ｒ ｐ ｅ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｒ ｅ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ．Ｂ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｍ ｈ ｅ ｔ ｎ ｆｒ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｄ ｓｒ ｕ ｉ ｎ ｔ ｅ ｗｏ ｋ ｉｃ ｎ ｈ ａ ｄ ｎ ｄ ｌｙ ｒｃ ｌ ｂ ｂ ａｎ ｄ ｉ ｏ ｌ ｓ ａ ｄ ｏ ｘｍｕ ｐ ａ ａ ｓ － ｈ ｓ ｒ ｏ ｍａｉｎ ｄ ｐ ｈ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｆ ｅ ｃ ｏ ｅ ｒ ａ ｈｎ ｈ ｉｈ ｓ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉｔｎ ｙ ｏ ｉ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｔｏ ｅ ｔ ｎ ｈ ｉ ｍｅ ｏ ａ ｈ ｎ ｄ ｅ ｃ ｇ ｔｅ ｈｇ ｅ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ，ｈ ｏ ｓｓ ｃ ｆ ｓｍｕ ａ ｏ ｘ ｅ ｉ ｉ ｅ ｉ ｎ ｍｅ ｔ ｉ
分 布 ， 据 淬 硬 相 变 温度 预 测 离子 柬淬 火 的 最 大硬 化 深 度 和 各 节点 到 达 最 高温 度 时 间 ， 通过 ４ 根 并 ５钢 的 淬 火试
基于ANSYS软件的钢球淬火过程分析
基于ANSYS软件的钢球淬火过程分析钢球淬火是针对球面钢材进行的一种热处理方法，通过迅速冷却来提高钢球的硬度和强度。
在钢球淬火过程中，热处理的温度、时间和冷却介质的选择等因素都会对钢球的淬火效果产生影响。
ANSYS软件是一种常用的工程模拟软件，通过建立数值模型来分析材料特性、热传导和应力等物理现象。
在钢球淬火过程中，可以利用ANSYS软件进行数值模拟，来预测淬火过程中钢球的温度变化、相变行为和应力分布等参数，从而优化淬火工艺并提高钢球的性能。
首先，需要建立钢球淬火的数值模型。
可以通过ANSYS软件中的几何建模工具，绘制出钢球的几何形状，并在其中添加热传导和相变的物理特性。
同时，还可以考虑钢球表面与冷却介质之间的传热界面，以及钢球内部的应力分布等参数。
其次，需要定义钢球淬火过程中的边界条件。
可以设置钢球的初始温度、冷却介质的温度和流速等参数，以及冷却介质与钢球之间的传热系数。
这些边界条件将直接影响到钢球的温度和相变行为。
然后，通过ANSYS软件中的数值求解器，可以对钢球淬火过程进行数值模拟。
求解器将根据模型中的物理特性和边界条件，计算出钢球不同位置上的温度和应力等参数随时间的变化。
可以得到钢球淬火过程中的温度曲线、相变行为和应力分布等关键结果。
最后，可以通过分析ANSYS软件模拟结果，来优化钢球淬火工艺。
例如，可以根据温度曲线，调整淬火过程中的温度和时间等参数，以达到理想的淬火效果。
同时，还可以分析应力分布，来评估钢球的强度和耐磨性等性能。
总之，基于ANSYS软件进行钢球淬火过程分析，可以准确预测淬火过程中的温度和应力等关键参数，并通过优化工艺来提高钢球的性能。
这种数值模拟方法不仅可以减少实验成本和时间，还能够为工程师提供设计和优化的参考依据。
ANSYS计算温度场及应力场
ANSYS计算温度场及应力场预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制基于ANSYS有限元软件实现施工温控仿真的主要技术（1）研究方法和分析流程本次计算利用ANSYS软件来进行象鼻岭碾压混凝土拱坝全过程温控仿真计算分析。
具体分析流程如下：1）收集资料：包括工程气象水文资料、大坝体型、热力学参数、工程进度、施工措施、防洪度汛和蓄水等。
2）整理分析资料：参数拟合、分析建模方法。
3）建模：采用ANSYS软件进行建模，划分网格。
4）编写计算批处理程序：根据资料结合模型编写计算温度场的ANSYS批处理程序。
5）检查计算批处理程序：首先检查语句，然后导入计算模型检查所加荷载效果。
6）计算温度：使用ANSYS软件温度计算模块进行计算。
7）分析温度结果：主要分析各时刻的温度场分布和典型温度特征值。
8）应力计算建模：模型结构尺寸与温度分析模型相同，需要改变把温度分析材料参数改为应力分析材料参数。
9）计算应力：使用ANSYS软件温度应力计算模块和自编的二次开发软件进行计算。
10）分析应力结果：主要分析应力场分布和典型应力特征值。
11）编写报告：对计算流程和结果实施进行提炼总结，提出可行的温控指标和措施。
（2）前处理1）建模方法选择。
有限元建模一般有两种方法：一种为通过点线面几何拓扑的方法建模，这种建模方法精确，但是比较费时。
对于较大规模的建模任务花费时间太多。
另一种为通过其他软件导入，如CAD，通过在其他软件中建模，然后输出为ANSYS 可以识别的文件类型，再导入ANSYS 中完成建模过程，这种建模方式精度较直接建模的精度要稍低一些，但是由于要求建模的模型已经在CAD软件中完成了初步建模，可以直接拿来稍作处理即可应用，时间花费较少。
本计算选用从CAD 软件导入ANSYS中来建立模型。
2）建模范围。
建模范围可以分为全坝段建模和单坝段建模，全坝段建模可以全面反映整个坝体的温度和应力情况，但是建模难度高、计算量大；单坝段建模建模难度小，计算量也相对较小，一般情况下单坝段建模即可满足要求。
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究摘要：本文通过使用ANSYS仿真软件，针对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。
首先，对焊接过程进行了理论分析，分析了焊接过程中的热传导、热传递和热辐射等因素对焊接温度场的影响。
然后，利用ANSYS软件对三维焊接模型进行了建模，并对焊接过程进行了数值模拟，得到了焊接过程中的温度场和应力分布。
最后，通过对模拟结果的分析和讨论，总结了焊接温度场和应力分布的特点，并提出了一些改进措施，以提高焊接过程的质量和效率。
一、引言焊接作为常用的结合工艺，广泛应用于制造业和建筑业等领域。
在焊接过程中，温度场和应力分布的研究对于保证焊接接头的质量和可靠性非常重要。
传统的试验方法需要大量的时间和成本，而且难以观察到焊接过程中的内部情况。
因此，使用数值模拟方法对焊接过程进行研究具有重要意义。
二、焊接温度场的理论分析焊接过程中的温度场受到多种因素的影响，包括热传导、热传递和热辐射等。
热传导是由于焊接电弧产生的热量在焊缝和近场区域内的传递。
热传递是由于焊接电弧产生的热量在远场区域内的传递。
热辐射是由于高温熔池表面辐射的热量在焊接过程中的传递。
在理论分析中，需要考虑这些因素对温度场的影响，并建立相应的数学模型。
三、焊接温度场的数值模拟为了研究焊接过程中的温度场，我们使用ANSYS软件对三维焊接模型进行建模，并对焊接过程进行数值模拟。
首先，我们需要确定焊接材料的物理参数和边界条件。
然后，我们建立焊接模型，并进行网格划分。
接下来，我们通过设置焊接电弧的功率和时间来模拟焊接过程。
最后，我们得到了焊接过程中的温度场分布。
四、焊接应力场的理论分析焊接过程中的应力分布受到多种因素的影响，包括热应力、冷却应力和残余应力等。
热应力是由于焊接过程中的温度差异引起的，冷却应力是由于焊接材料的收缩引起的，残余应力是由于焊接材料的变形引起的。
在理论分析中，需要考虑这些因素对应力场的影响，并建立相应的数学模型。
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
武汉理工大学硕士学位论文基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究姓名：谢元峰申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：肖汉斌20060401茎堡望三查兰堡主兰焦垒奎——————————————＿－＿——＿————————————●——－－＿＿＿＿＿——————————————————————一中，对流系数这一参数它综合体现了焊接过程外界环境因素的影响。
３．２．２焊接速度在实际焊接操作过程中，焊接速度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数，它虽然由焊接工艺本身确定，但在利用ＡＮＳＹＳ进行有限元分析时，这一参数对模拟结果有着重要的影响。
对于同样的焊接热源加载形式，由于所采用的焊接速度的不同，导致了焊接能量的差异，进而影响到焊接温度场的分布。
以下几种不同的速度下的焊接温度场分布状况。
图３．５焊接速度ｖ一０．００８Ⅱｌ／ｓ电弧有效半径ｒ＝０．００６ｍ时的温度场分布云图图３．６焊接速度ｖ＝０．０１ｍ／ｓ电弧有效半径ｒ＝０．００６ｍ时的温度场分布云图些堡里三盔兰堡主堂垡垒奎通过上图３．５和图３．６可以看出，采用相同的焊接热物理参数，当焊接热源的功率一定时，改变焊接速度，等温线的范围也随之发生变化，焊接速度增加，等温线的范围变小，在焊缝横截面方向上温度梯度大，故而温度场变得细长，焊缝区温度下降。
３．２．３电弧有效半径在ＡＮＳＹｓ中进行焊接热过程模拟时，焊接电弧有效半径的大小对模拟结果的精确性有着直接的影响。
电弧有效半径与前章介绍的高斯分布热源有着密切关系，是指加载热源所形成的有效圆形作用区域的半径。
下面是本试件在三种不同电弧有效半径时得温度场分布云图。
（其它参数相同）从上图３．７～图３．９中可以看到，三种不同的电弧有效半径，最高温度相差７４８℃。
可见采用不同的电弧有效半径面对焊接温度场的影响很大，焊接半径越小，热量相对集中，焊接区域的温度越高，则焊接熔池的熔深变大，但熔宽变小；反之亦然。
图３．７电弧有效半径ｒ；０．０５焊接速度Ｖ＝Ｏ．００８ｍ／ｓ时的温度云图武汉理工大学硕士学位论文图３－８电弧有效半径ｒ＝Ｏ．０６焊接速度ｖ＝０．００８州ｓ时的温度云图图３—９电孤有效半径ｒ＝Ｏ．０７焊接速度ｖ＝Ｏ．００８ｍ，ｓ时的温度云图３．３温度场、应力的求解通过前面的建模和确定热源模型，接下来介绍温度场和应力场的求解过程。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程领域的不断发展，焊接技术已成为生产制造过程中重要的工艺手段。
在焊接过程中，温度场和应力的变化对焊接质量、产品性能及使用寿命具有重要影响。
因此，对焊接过程中的温度场和应力进行准确预测和控制，对于提高产品质量和优化生产过程具有重要意义。
本文基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究，旨在为实际生产过程中的焊接工艺优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立首先，根据实际焊接过程，建立三维有限元模型。
模型中应考虑焊缝、母材等关键部分的几何形状和材料属性。
同时，为提高计算效率，可对模型进行合理简化。
2. 材料属性及热源模型在模拟过程中，需要输入材料的热导率、比热容、热扩散率等热物理参数。
此外，选择合适的热源模型也是关键。
本文采用高斯热源模型，该模型能较好地描述焊接过程中的热输入分布。
3. 数值求解利用ANSYS软件的热分析模块，对焊接过程中的温度场进行数值求解。
通过设定合理的初始条件和边界条件，求解出焊接过程中的温度分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 模型转换在得到温度场分布后，将热分析结果作为应力分析的初始条件。
将热分析模型转换为应力分析模型，并设定相应的材料属性。
2. 应力分析利用ANSYS的应力分析模块，对焊接过程中的应力进行数值模拟。
考虑焊缝收缩、母材约束等因素对应力的影响。
通过求解，得到焊接过程中的应力分布。
四、结果与讨论1. 温度场分析通过数值模拟，可以得到焊接过程中的温度场分布。
分析温度场的变化规律，可以了解焊接过程中的热输入、热传导及热扩散等情况。
同时，还可以预测焊接过程中的潜在问题，如热裂纹、热变形等。
2. 应力分析根据应力分布结果，可以了解焊接过程中产生的残余应力。
残余应力对产品的性能和使用寿命具有重要影响。
通过分析残余应力的分布和大小，可以为优化焊接工艺提供依据。
此外，还可以考虑采用相应的工艺措施，如焊后热处理、优化焊接顺序等，以降低残余应力。
重轨淬火过程中的温度场模拟
重轨淬火过程中的温度场模拟
龙华;杨金堂;李公法;廖力成;屈海端
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2009(030)001
【摘要】重轨热处理温度及气冷温度对重轨淬火质量有直接的影响.利用ANSYS 有限元软件建立了重轨温度分布模型,并对其淬火过程中的温度场进行了模拟计算,分析了重轨淬火过程中重轨内部温度变化情况.研究结果表明,温度的模拟结果与实测结果吻合较好,为下一步研究重轨应力场奠定了基础,对重轨淬火工艺和生产工艺具有重要指导意义.
【总页数】3页(P13-15)
【作者】龙华;杨金堂;李公法;廖力成;屈海端
【作者单位】武汉科技大学,机械自动化学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学,机械自动化学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学,机械自动化学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学,机械自动化学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学,机械自动化学院,湖北,武汉,430081
【正文语种】中文
【中图分类】TG156;TB115
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基于ANSYS的织针淬火加热过程的温度场模拟
作者简介: 陈海燕( 1979- ) , 女, 汉, 硕士生。主要研究方向为织针淬火加热过程的计算机模拟及工艺 控制。
第4 期
陈海燕等: 基于 ANSYS 的织针淬火加热过程的温度场模拟
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针竖着横向叠加在一起形成一长排的织针板块放在 连续运动的网带上, 随网带一起进入炉膛加热, 然后 落入油槽中淬火。织针的加热过程如图 3 所示, 网 带炉中的保护气氛在一定条件下燃烧, 在 f 位置形 成具有密封保护作用的火帘, 该火帘是还原性气氛 与氧化性气氛的分界线。火帘形成的位置( f 点) 主 要受保护气氛数量的影响, 而且还与炉膛温度的分 布有关系。因此, 织针加热过程的控制主要考虑: 1) 保证织针在进入该火帘之前低于氧化脱碳的温度, 主要考察织针升温最快的部位; 2) 保证织针在落入 淬火油槽前达到淬火温度并具有一定的奥氏体化保 温时间, 主要考察织针升温最慢的部位。因此须调 整炉膛温度、网带速度等工艺参数使淬火加热过程 中织针的温度变化规律满足以上要求。
从上述特点可以看出, 如果以单枚织针为对象 建立模型, 可能会遇到两方面的困难: 一是单枚织针 相对于固定坐标系, 其位置不断变化; 二是模拟织针 与相邻织针之间的界面, 其边界条件很难确定。
但是, 如果忽略接触传热的热阻以及奥氏体相 变的潜热, 织针之间可以用温度连续的方式解决界
面条件问题, 就可以将网带上的织针看作排成一排 的织针板块来考虑, 并且与移动的网带一起, 当作连 续的、性能不同的整体板块进行考察。
图 2 织针淬 火过程示意图
图 3 网带炉织针加热示意图
1. 2 特点分析及模型建立
从物理意义上分析, 淬火加热过程主要有以下 几个特点: 1) 织针加热过程中的能量来源包括与炉 膛的对流换热、与炉壁的辐射换热、与炉子底板之间 通过网带的热传导。2) 织针紧密排成一排, 通过网 带不断被输送到炉膛内部, 实现连续生产, 因此, 在 织针之间也存在热传导。3) 网带炉炉膛内部的温度 分布是不均匀的, 织针在每一时刻的位置都是变化 的, 由于位置不同, 其边界条件也在不断发生变化。
基于ANSYS软件的钢球淬火过程分析
毕业论文（2015届）题目基于ANSYS软件的钢球淬火过程分析学院数学计算机学院专业信息与计算科学年级2011级学生学号12011242826学生姓名杨坤指导教师马文涛基于ANSYS软件的钢球淬火过程分析数学计算机学院信息与计算科学专业2015届杨坤摘要：钢球广泛应用于工业生产中的多个领域，钢球的淬火处理是保证钢球质量的关键生产工艺之一. ANSYS有限元软件在温度场的模拟过程中，很好地结合了材料变温过程材料热物性参数的变化. 特别适用于钢球淬火过程温度场的准确计算. 本文利用ANSYS有限元分析软件对钢球淬火过程温度场进行有限元模拟分析，得到了钢球温度随淬火时间变化的分布关系和钢球体内不同位置的温度分布情况.关键词：钢球淬火；温度场；ANSYS软件；模拟中图分类号：O313.3Analysis of the Steel Ball Quenching Process Based onANSYS SoftwareAbstract: Steel ball is widely used in the industrial production, and hardened steel ball is the key to ensure the quality of the production process of steel ball. Nonlinear thermo physics parameters are considered in ANSYS finite element software, so it can be used to compute temperature in the quenching. In this paper makes use of ANSYS finite element software to simulate the temperature field in quenching process of steel ball, and obtains the relationship between temperature of steel ball and quenching time and temperature distribution of different position. Key words: steel ball quenching; temperature field; ANSYS software; simulation目录1 引言1 1.1 材料及软件介绍1 1.2 钢球催火的基本原理1 1.3 钢球淬火的模拟方法12 淬火过程数学模型2 2.1 温度场控制方程2 2.2 淬火过程导热微分方程2 2.3 导热微分方程的定解条件3 2.4 钢球淬火过程有限分析42.4.1 淬火模型求解 42.4.2 模型算例验证 42.4.3 有限元分析5 3基于ANSYS软件的温度场分析63.1 非稳态温度场实例6 3.2 钢球淬火的ANSYS模型63.2.1 前处理阶段 63.2.2 后处理阶段84 结术语10参考文献错误！未定义书签。
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2012届本科毕业论文（设计）论文题目：基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析学生姓名：所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：完成时间：2012 年5月10 日基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析摘要本文以规格为50kg／m的重轨为研究对象，通过综合考虑材料热物性参数随温度的非线性变化、热传导及高压气体冷却等动态边界条件，运用ANSYS软件，采用有限单元法，建立了淬火重轨的瞬态温度场和应力场的三维模型。
通过ANSYA软件仿真淬火重轨各个时间段的温度场。
根据重轨温度场的变化规律，选择合理的喷风压强，最终得到理想的索氏体组织。
在数值模拟计算的过程中，输入在不同的喷风压力下的对流换热系数，得到相应的温度场和应力场结果，并对结果进行了分析。
计算了强制冷却、空气自然对流等淬火过程的温度场和应力场分布情况，分析淬火时间对温度场和应力场的影响。
得到最佳的喷风冷却时压强，从而为实际生产制定合理的重轨淬火工艺提供了依据。
关键词：重轨，淬火，温度场，应力场，ANSYS2Simulation of quenching temperature field and stress field forheavy rail based on the ANSYSAbstractThe specification of 50kg／m—heavy rail was taken as investigated subject in this paper．In this model．the equivalent thermal capacity method was used to deal with the influence of latent heat on temperature filed and the transformation stress which resulted from phase transformation was taken into account using the equivalent linear expansion coefficient method．The impact of material’s non-1inear parameter on temperature field was considered．The results show that the simulation result is identical with the measuring temperature．According to the distribution of temperature field，the time of compressed air should be controlled．The ideal sorbite can be gained．During the process of calculating in numerical simulation，inputted the convective heat transfer coefficient under different wind pressure received the corresponding result of temperature field and stress filed，and analyzed the result．This paper analyzed that calculated heating，keeping warm，force cooling and air cooling’s temperature field and stress filed distribution in such different operating modes．Get the best heating, thermal insulation, cooling, natural air time and the result can be used to guide the quenching process design．Key words：Heavy rail，Quenching，Temperature field，Stress filed，ANSYS目录第一章绪论 (1)1.1课题研究意义 (1)1.2影响重轨淬火技术的主要因素 (2)1.3重轨淬火数值模拟的国内外研究现状 (2)1.4研究内容 (4)第二章重轨淬火温度场和应力场的理论基础 (4)2.1重轨淬火温度场理论基础 (5)2.1.1热传递方式 (5)2.1.2重轨淬火时定解条件 (5)2.1.3淬火时热传导初始条件 (6)2.1.4重轨淬火的边界条件 (6)2.2重轨淬火应力场理论基础 (8)2.2.1热弹性和热塑性问题 (8)2.2.2热弹塑性问题的求解 (9)2.3组织场求解理论基础 (9)第三章重轨温度场和应力场ANSYS仿真过程 (10)3.1用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的方法 (10)3.2用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的步骤 (10)3.2.1建立重轨的三维模型 (10)3.2.2确定重轨的各项材料参数及初始条件 (11)3.2.3ANSYS仿真重轨温度场和应力场的基本步骤 (11)第四章重轨淬火过程的温度场和应力场分析 (19)4.1研究不同压强下温度场和应力场的前提条件 (19)4.2不同压强下喷风温度场对比分析 (19)4.3不同压强下喷风应力场对比分析 (22)第五章全文总结 (24)5.1论文研究结论 (24)5.2论文研究的不足及展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)2 4第一章绪论1.1课题研究意义淬火是机械零件生产加工过程中的关键环节之一, 它涉及到传热学、金属相变动力学、化学、力学等多种学科. 淬火过程是一个温度、应力、相变相互影响的高度非线性问题, 在理论上对温度场、组织场、应力场耦合求解几乎是不可能的。
近几年随着计算机技术、有限元技术、人工智能技术的发展, 使各国学者可根据淬火过程数学模型,利用有限元技术计算各场量, 再利用计算机图形学理论动态显示零件淬火过程中温度、组织、应力应变、残余应力及零件变形随时间变化的情况. 根据数值模拟的结果, 找出适合工艺要求的工艺参数, 并为实际生产过程提供参考或指导实际生产.我国是一个以铁路运输为主的国家。
随着我国经济的发展、铁路运力的提高和火车速度的提高，对重轨性能的要求也在提高。
无论是欧洲的传统型铁路，还是城市型铁路都要求重轨具有更高的硬度。
由于硬度的普遍提高，重轨的脆性、韧性以及净度等问题又重新突出了，重轨在冷却不均匀的情况下，重轨内部的温度场变化情况不仅直接影响相变，而且对内应力也产生很大的影响。
这些淬火过程出现的问题，可能会导致重轨轨头出现掉块、裂纹等现象，从而影响列车的正常运行、降低铁路的使用效率，甚至对列车的安全运行造成隐患。
重轨淬火是提高其韧性和耐磨性的主要途径之一。
实践证明，在重轨轨头使用淬火热处理的重轨不仅提高了重轨的强度和使用寿命，而且大大提高了安全使用性能。
因此研究重轨内部的温度场和应力场对实际生产有重要意义。
目前普遍采用比较成熟的有限元法【1】求解控制方程来模拟淬火过程的变化所使用的有限元软件有ANSYS、MARC、ADINA等，大多数的模拟结果都得到了实验测试数据的支持，取得了令人满意的效果。
尽管如此，淬火过程仍存在很多问题需要解决，原因之一就是淬火是一个工件温度场、应力场、组织场及淬火介质流场耦合的过程，但是关于这一耦合过程尚缺乏成熟的定量的统一理论【2】。
淬火处理的实质就是通过适度调整和控制淬火介质的流速、温度以调整和控制淬火试件的温度场、显微组织场和内应力(应变)场，使得试件获得所需要的组织、性能和较小的残余应力及残余形变。
生产实践表明，淬火过程是热处理过程【3】中返修率最高和废品率最高的工序，是热处理质量控制中最难掌握的环节，它涉及到试件的温度场、显微组织场和内应力(应变)场和介质的流场等，1测量和理论分析难度都很大。
淬火过程是一个各种场相互耦合的复杂过程，要在理论上求解各场量的解析解是非常困难的，甚至是不可能的。
因此，淬火过程的深入研究对工程实际大有重要的指导意义，利用计算机进行数值模拟【4】有助于淬火工艺设计，便于选择合适的淬火工艺调整方案，可以大大减少试验量，具有一定的实用价值，已成为当今热处理领域的研究热点之一。
1.2影响重轨淬火技术的主要因素重轨的淬火过程是个相当复杂的过程，一般有风冷、雾冷、水冷三种方式【5】。
风冷具有温度和湿度常常是变化不定的特点；雾冷的特点是导热性能不稳定和热能挥发出现紊流现象；水冷的特点是水不易挥发，状态不稳定，可能导致热处理不够或过度，喷水时间稍长就容易引起淬火部位出现马氏体组织，但是水的导热性能比雾气好。
如果热处理不当，残余应力比较大，出现开裂现象，或者硬度不够。
而工人师傅完全凭经验判断，于是产品质量不高或次品率较大，重轨生产效率大大降低。
实践证明，采用压缩空气冷却可以克服上述缺点。
因为压缩空气冷却喷风器不像喷雾器那样会发生阻塞，冷却速度基本恒定，对重轨表面状态不敏感，可以保证淬火质量。
当工艺参数优选后，只要重轨含碳量大于0．7％，使用压缩空气可以使奥氏体实现向索氏体的转变，并且能够保证热处理后的材质内部结构均匀。
淬火轨硬度可至合适并均匀一致。
不会出现马氏体组织。
目前国外除独联体外，日、美、澳等国均采用风淬。
采用单一的介质风淬，工艺稳定，操作简便，确保了产品的优质性能。
但是，冷却后的硬度值普遍偏低，且由于冷却时间过长，无法保证较高的生产率。
对大断面的60Kg／m，75Kg／m淬火轨来说，仅仅采用风淬则无法达到对淬硬层深度的要求，而且有许多待改进之处，所以出现了“先喷风，后喷水"的工艺。
可是就是这种工艺也不是很完善的。
主要的问题仍然是淬火重轨的硬度偏低。
这是因为，一方面是对冷却介质的应用还存在着一定的片面性，另一方面是对冷却介质的应用在水平上还没有达到很深的层次上，甚至还停留在表面的层次上。
1.3重轨淬火数值模拟的国内外研究现状热处理的实质是使钢在固态范围内，通过加热、保温和快速冷却的方法，改变内部组织结构，从而改变其性能的一种工艺。
在热处理过程中，试件内部会发生十分复杂的物理现象，如瞬态温度场的变化、组织的转变、力学性能的改变以2及残余应力的产生等。
这些物理现象也正是材料实现淬火硬化的主要依据。
20世纪70年代以来，由于计算机技术的迅速发展，热处理过程的数值模拟也随之成为一个举世关注的研究领域。