有限元分析温度场和热变形问题专题

典型零件形体的热变形模型及其有限元仿真金少搏;赵凤霞;李纪峰【摘要】随着精密技术的精度不断提高,温度变化引起零件形变带来的影响不容忽视,为了解决此问题,根据弹性力学和热力学理论,建立了典型零件形体的热变形模型,利用ANSYS有限元分析软件对典型零件形体的热变形误差及其分布进行了仿真,并进行了模型实验验证,给出了实例应用的分析,说明了热变形模型在公差与配合中的应用.结果表明,所建立的模型考虑了热应力的影响,相对于传统计算方法更加合理可靠,为合理进行零件的公差与配合设计提供了理论依据和参考.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)007【总页数】4页(P9-12)【关键词】热变形模型;ANASYS;有限元仿真;典型零件;圆柱孔轴【作者】金少搏;赵凤霞;李纪峰【作者单位】郑州大学机械工程学院,河南郑州 450001;郑州大学机械工程学院,河南郑州 450001;郑州大学机械工程学院,河南郑州 450001【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH1241 引言随着精密技术的精度不断提高，温度变化带来的影响愈来愈大，甚至成为制约精度的决定因素，并使传统的热变形误差理论失去作用[1]。

近年来，文献[2-5]中对轴类、孔类零件在均匀温度场和非均匀温度场下的热变形规律进行了研究和探索。

文献[6]中以有限元为工具，研究了稳态场下圆柱筒尺寸变化规律；文献[7]中基于ANSYS对主轴热变形进行了建模与预测分析；文献[8]中对模块化工具系统中非线性温度下的主轴热变形位移量进行了数学建模，并提出了补偿模型。

但以上研究大都针对孔轴零件进行热变形研究，对球类、板类零件研究较少。

基于弹性力学和热力学建立了典型零件形体的热变形数学模型，基于ANSYS有限元分析软件对典型零件形体的热形误差及其分布进行了仿真，并进行了实验验证，最后进行了实例应用分析。

2 典型零件形体的热变形模型圆柱孔类、轴类、板类、球类零件是机械结构中的典型的基本零件形体。

滚珠丝杠副热变形计算分析及可视化李凌丰;管灵波;张振然;陈豪【摘要】以传热学原理为基础,探讨温升对滚珠丝杠副的影响.首先确定热流密度系数及对流换热系数,然后借助有限元分析软件ANSYS,建立滚珠丝杠副的有限元模型,计算求解温度场及热变形.仿真云图显示:滚珠丝杠以1350r/min旋转时,其温升达到3.8℃,引起8.32μm的热变形.【期刊名称】《图学学报》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】6页(P10-15)【关键词】滚珠丝杠;热变形;有限元分析;仿真云图【作者】李凌丰;管灵波;张振然;陈豪【作者单位】浙江大学机械工程学系工程及计算机图形学研究所,浙江杭州310027;浙江大学机械工程学系工程及计算机图形学研究所,浙江杭州310027;浙江大学机械工程学系工程及计算机图形学研究所,浙江杭州310027;浙江大学机械工程学系工程及计算机图形学研究所,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TG502.15目前，随着塑料原料价格和性能的提高，塑料制品逐渐向小型化、轻量化方向发展，主要表现为：其一是制品尺寸精度较高；其二是薄壁制品。

然而传统的液压注塑机无法很好满足要求，首先是液压系统的能耗大，易转变成热能引起温升，影响合模精度；其次是容易漏油，而部分产品诸如医疗器械等对清洁环境要求较高。

在此背景下，全电动式注塑机凭借节约能源、清洁低噪、控制性能优良等几大特性[1-3]成为注塑行业的发展方向[4]。

然而，全电动式注塑机的软肋在于锁模机构[5]，而滚珠丝杠副和拉杆是锁模机构的关键传动元件，其中滚珠丝杠副主要由丝杆，螺母件及滚珠等组成，借助滚珠返回通道构成滚珠的闭合回路，实现往复螺旋传动。

这两个传动元件的不足表现为：一方面因为采用肘杆式锁模机构，此结构易磨损；另一方面，液压驱动改成由伺服电机带动滚珠丝杠来驱动，锁模压力大部分由丝杠承受，特别是在高速的工况下，将极大地降低丝杠的精度和缩短使用寿命，限制了注塑机在大吨位注塑领域的应用。

文章编号　100426410(2003)0120054205复杂铸件三维温度场有限元分析马兆敏1,沈炜良2,李文娟3(11广西工学院电控系,广西柳州　545006;21广西大学,广西南宁　530004;31山东大学,山东济南　250061)摘　要:对柴油机缸盖铸件三维温度场进行有限元分析,得到从浇注到室温全过程的温度场,计算结果表明三维温度场的数值模拟能反映铸件冷却过程温度场的变化,与实测结果相符合。

并评价了三种落砂温度工艺方案,结果表明落砂时间对铸件残余应力的大小有很大影响。

关　键　词:铸造;凝固过程;有限元;温度场;AN SYS中图分类号:T G 213 文献标识码:A收稿日期:2002207211作者简介:马兆敏(19752),女,山东兖州人,广西工学院电控系助教,工学硕士。

0前言 某厂生产的6105柴油机缸盖在生产、使用过程中出现开裂现象。

缸盖产生裂纹的原因比较复杂,在铸造过程中形成的残余应力是其中原因之一。

本文利用AN SYS 有限元分析计算软件,对缸盖铸件凝固温度分布变化进行计算机仿真,研究开箱温度对铸件残余应力分布规律的影响,为实际铸件的残余应力分析和选择合理的降低残余应力工艺提供基本依据。

并在生产现场对6105型柴油机缸盖铸造凝固过程温度场进行测量,以验证模拟计算的可靠性。

16105柴油机缸盖铸件简介 6105型缸盖为六气缸柴油机缸盖。

铸件为箱型,内部设有进排气道、冷却水腔、润滑油孔道、起动阀、安全阀、压力测量装置等。

铸件最薄部位尺寸为5mm ,最厚部位尺寸为30mm ,属于高强度薄壁复杂铸件。

由于其结构复杂,工厂中生产分两段铸造而成。

材质为H T 250,每段铸件外型尺寸为430mm ×254mm ×104mm ,重量约为40kg 。

机加工后缸盖铸件的实物图如图1所示。

图1缸盖铸件机加工后的实物照片2铸件凝固过程三维温度场有限元分析211连续温度场数学模型 铸件凝固过程基本上可看成一个不稳定导热过程。

文章编号:100926825(2007)0720086203温度场和温度应力的有限元分析收稿日期6225作者简介彭静美(82),女,石家庄铁道学院结构工程专业硕士研究生,河北石家庄　53于连顺(82),男,广西大学岩土工程专业硕士研究生,广西南宁　53彭静美　于连顺摘　要:阐述了平面温度场与温度应力进行有限元分析的全过程,结合ANSYS 大型软件对温度场与温度应力进行了模拟计算,为实际工程中考虑温度场与温度应力的作用提供了依据。

关键词:温度场,温度应力,有限元,模拟计算中图分类号:TU317.3文献标识码:A 热应力问题一直以来只有在高温结构中才考虑,但近几十年的事故表明,混凝土结构有可能在水泥水化热剧烈以及环境温度变化大的作用下出现破坏,因此逐渐引起人们的关注。

由于有限元分析方法不仅能够给出结构的内力和变形发展的全过程,能够对结构的极限承载力和变形作出评估,揭示出结构的薄弱部位及性态,对研究混凝土结构的性能,改进工程设计和施工都有重要的意义。

它还能够有效分析结构的温度场和温度应力,是对温度应力与一般应力共同作用的结构进行计算的最有效的方法。

1　温度场与温度应力的有限元分析现以混凝土结构为例,对温度场与温度应力的计算过程进行说明。

由于气温及结构所受的日照强度随时间不断变化,因此,结构表面的温度场是瞬态的。

首先应该计算截面的温度场求出网格单元各节点的温度变化量,然后再计算温度应力。

1.1　平面瞬态温度场根据热传导理论[124],在混凝土中,热的传导满足下列微分方程:ρC 9T 9τ=k(92T 9x 2+92T 9y 2)+qv(1)其中,T 为温度,℃;τ为时间,s ;x ,y 为直角坐标;k 为导热 钢结构住宅产业化是一项涉及众多行业、众多环节的系统工程。

掌握了钢结构住宅体系成套技术,建立其相应的产业化运作方式,是推进钢结构住宅产业化的关键。

鉴于目前我国钢结构住宅的发展水平、我国住宅产业化的发展趋势和要求,针对如何发展我国钢结构住宅产业化,主要从以下三方面提出相应的发展策略。

汽油机活塞受热有限元分析姓名：xxx学号：20101060xxx班级：车辆102班摘要：活塞作为内燃机的主要受热零部件之一，由于受热面积大，散热条件差，承受非常大的热负荷。

在进行设计改进时，需考虑其热负荷问题，应对其进行热场预测及数值分析，研究其热应力和热变形。

通过运用有限元分析软件，仿真分析得到活塞三维温度场，并计算其热变形，为活塞的结构改进和优化提供了重要依据。

关键词：活塞有限元温度场热变形活塞是传统内燃机的核心部件之一，其性能的优良直接影响到整个内燃机的性能及可靠性。

活塞的主要功用是承受气缸内的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传递给曲轴。

其作为内燃机的主要受热零部件之一，由于受热面积大，散热条件差，状态交替迅速，因而承受非常大的热负荷。

由此产生的热变形严重影响着活塞的工作性能，使用寿命，并可能导致内燃机严重磨损、拉缸，甚至破坏等故障，极大地影响整机的性能和可靠性[1]。

因此，在进行内燃机活塞结构设计、改进工作时，必须考虑其热负荷问题，应对其进行热场预测及数值分析，研究其热应力和热变形等，为设计、优化提供理论依据。

要评价活塞的热负荷，直观而有效的方法是求得活塞的温度场，从温度场就可总观活塞温度的全貌及其热流分布是否合理，以便为其热负荷的改善指明途径，同时活塞的温度场还是求取热应力和热变形的主要依据[2]。

以CB250 小型汽油机的活塞为例子进行有限元分析。

1 有限元分析模型建立ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。

它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。

我们运用其热分析功能，对 CB250 活塞进行热分析。

分析对象是平顶型活塞，分析流程是，首先在应用 UG建立三维模型，接着导入有限元分析软件 ABAQUS 中，计算得到活塞的温度场、热变形、热应力等结果。

1.1 模型建立一般来说有限元单元划分越小，计算精度就越高。

随着计算机技术的不断进步，在一定的计算时间内，计算机处理的单元数目大大增加，对于活塞样形状复杂和温度变化剧烈的受热件，可以把单元画得精细一些。

加工机床切削过程中的温度场模拟分析近年来，随着工艺技术的进步，加工机床已经成为了工业制造中不可或缺的一个重要组成部分。

其基本工作原理就是通过使用不同形状的刀具和切削液对金属或其他材料进行削除和加工，以实现所需的物理形状和精度要求。

尽管加工机床在现代工业中扮演非常重要的角色，但其加工过程中存在着一些关键的问题，其中之一就是切削过程中产生的高温现象。

在本文中，我们将分析加工机床切削过程中的温度场模拟，探索其背后的机理和影响。

一、切削过程中的温度场模拟切削过程中的高温现象主要源于切屑和刀具之间的摩擦作用，这会导致金属表面的温度迅速升高，甚至达到熔点。

当这些热量不能及时散发时，会引起加工件的热变形、表面质量劣化和刀具寿命缩短等问题。

因此，对切削过程中的温度场进行模拟分析，有助于有效地减少这些问题的发生。

一种常见的温度场模拟方法是有限元分析法，通过建立加工件、刀具和机床等组成部分的三维模型和材料属性，来计算和预测切削时不同位置和时刻的温度变化情况。

其中主要考虑以下几个影响因素：1. 切削速度切削速度通常被定义为刀具在单位时间内相对于工件的线速度，其值对温度场的分布有着显著的影响。

一般来说，切削速度越快，摩擦作用也越强，会使加工件的温度升高得更快，但也有可能导致表面质量劣化或加工件热变形。

因此，需要在实际加工中选择适宜的切削速度，以保证工件质量和加工效率。

2. 切削液的影响切削液一般通过喷洒或浸润的方式对刀具和加工件进行冷却和润滑，可以有效降低加工过程中的温度升高。

不同种类的切削液具有不同的化学成分和物理性质，对加工效果和温度场的影响也会有所不同。

因此，对于不同材料和加工条件，需要选用适宜的切削液方案，以获得最佳的加工效率和成品质量。

3. 材料的导热性不同材料的导热性能差异很大，从而导致了切削过程中温度场的变化也会有所不同。

通常来说，材料的导热性越好，其温度分布也更加均匀，而且加工过程中的温度升高速度也会变得比较缓慢。