曲轴感应淬火温度场的ANSYS模拟

2003年3月重庆大学学报Mar.2003　第26卷第3期Journal of Chongqing University Vol.26　No.3 文献编号:1000-582(2003)03-0082-0345钢零件淬火过程温度场的ansys模拟Ξ赖　宏,刘天模(重庆大学材料科学与工程学院,重庆　400044)摘　要: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,特别适用于钢件淬火过程温度场的准确计算。

通过利用ansys有限元分析软件对几何外形复杂的45钢零件淬火过程温度场进行有限元模拟,得到了零件温度随淬火时间的分布关系。

模拟结果与实际过程一致,且运算速度较快,适用于淬火液的选取及淬火工艺的优化,并为精确计算淬火过程中的热应力、残余应力做好了准备工作。

关键词:淬火;温度场;有限元;ansys模拟;非线性热物性参数中图分类号:TG156.34文献标识码:A 在淬火冷却过程中,因为零件内部温度分布不均匀,组织转变过程的不均匀而形成热应力和相变应力,这些应力的存在将直接影响零件的组织性能和使用寿命。

如果热处理不当,将会造成零件组织性能达不到预定要求,甚至会产生过量变形或开裂而报废。

生产实践表明,淬火冷却过程是热处理工艺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。

要评估淬火件的组织转变情况及淬火残余应力,必须确定淬火冷却过程零件材料内部的温度随时间的分布规律。

因而淬火过程温度场的确定是优化热处理工艺、提高零件内在质量的主要依据。

淬火过程温度分布的传统分析方法是实验测定和经验判断。

由于淬火是一个相当复杂的过程,受多种因素影响,而各影响因素之间又相互作用、相互制约。

因此传统的方法不能完整、全面、准确地分析和预测淬火过程的温度场[1]。

计算机模拟(仿真)可将热处理过程的物理现象和零件的几何造型有机地结合起来,实现动态的、逼真的模拟,因此用这一技术分析和研究淬火过程已受到高度重视。

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。

基于ANSYS的感应加热数值模拟分析基于ANSYS的感应加热数值模拟分析一、引言感应加热是一种常见的加热方式，利用电磁感应原理将电能转化为热能，广泛应用于金属加热、焊接和熔化等工业领域。

然而，传统试验研究在实践过程中往往需要大量时间和成本，同时无法全面考虑材料性质和结构参数的变化对加热过程的影响。

因此，基于计算机数值模拟方法进行感应加热分析成为一种有效的替代方案。

二、数值模拟方法与ANSYS软件数值模拟方法是基于数学模型和计算机技术，通过离散化处理对实际问题进行数值求解的方法。

在感应加热领域，有限元方法是常用的数值模拟方法之一。

有限元法将复杂的物理问题离散化为一个由节点和单元组成的网格，通过求解节点处的未知量，如温度、电场和磁场等，来求解整个问题。

ANSYS软件是当前广泛应用的有限元分析软件之一，具有强大的建模、网格生成和求解功能。

利用ANSYS软件进行感应加热数值模拟分析，可以较为准确地预测温度场、电场和磁场分布，并分析加热过程中的热传导和热辐射等物理现象。

三、建模与网格生成在进行感应加热数值模拟分析前，首先需要建立待分析的几何模型。

利用ANSYS软件的建模工具，可以灵活地定义模型的形状、尺寸和材料属性等。

在建模过程中，应当充分考虑工件的几何形状和加热目标，并确保模型的几何参数与实际情况一致。

建立几何模型后，需要进行网格生成。

网格的质量和密度对数值模拟的准确性和计算效率起到重要影响。

ANSYS软件提供了多种网格生成方法和优化技术，根据模型的复杂程度和计算要求，选择合适的网格生成方法。

通常，对于快速加热过程，可以采用较为粗糙的网格；而对于热传导过程较为敏感的问题，需要采用更加精细的网格。

四、物理场求解通过ANSYS软件建立几何模型和生成网格后，可以进行物理场求解。

物理场求解是根据材料性质、边界条件和激励方式等，对模型进行求解，并获得预期的温度场、电场和磁场分布等信息。

在感应加热数值模拟中，首先需要定义边界条件和激励方式。

《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。

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 sorbitecan 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 (3)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 (5)2 42.1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 (7)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 (10)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 (11)3.2.1建立重轨的三维模型 (11)3.2.2确定重轨的各项材料参数及初始条件 (12)3.2.3ANSYS仿真重轨温度场和应力场的基本步骤 (12)第四章重轨淬火过程的温度场和应力场分析 (21)4.1研究不同压强下温度场和应力场的前提条件 (21)4.2不同压强下喷风温度场对比分析 (22)4.3不同压强下喷风应力场对比分析 (25)第五章全文总结 (28)5.1论文研究结论 (28)5.2论文研究的不足及展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)2 6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。

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。

ANSYS温度场分析步骤ANSYS是一个计算机辅助工程软件，用于各种工程应用，包括温度场分析。

温度场分析主要是用于研究物体或系统内部的温度分布和传热过程，可以帮助工程师设计和改进各种设备和系统。

下面是ANSYS温度场分析的步骤：1.准备工作：在进行温度场分析之前，首先需要准备好相关的几何模型和网格模型。

几何模型可以由CAD软件创建，而网格模型则需要使用ANSYS的网格生成工具进行网格划分。

在划分网格时，需要根据物体的几何形状和分析需求选择适当的划分网格的密度。

2.定义材料属性：在进行温度场分析之前，需要定义材料的热传导特性。

在ANSYS中，可以通过输入材料的热导率、热容和密度来描述材料的热性能。

3.设置边界条件：在进行温度场分析时，需要设置边界条件来模拟实际工况。

边界条件包括：初始温度、加热或冷却速率、边界热通量以及固定温度等。

这些条件将对温度场分析结果产生重要影响，需要根据实际情况进行合理设置。

4.定义物理模型：在进行温度场分析之前，需要定义物理模型，包括所分析的物体的几何形状和边界条件。

在ANSYS中，可以通过绘制几何模型和设置边界条件来定义物理模型。

5.进行温度场分析：在完成前面的准备工作后，就可以进行温度场分析了。

在ANSYS中，可以使用热传导分析模块来进行温度场分析。

热传导分析模块可以通过求解热传导方程来计算温度场的分布。

分析结果可以包括温度场分布图、热通量分布图等。

6.分析结果的后处理：在进行温度场分析之后，需要对分析结果进行后处理。

后处理包括对温度场分布图进行可视化分析，并进行更详细的结果解释。

可以通过ANSYS提供的后处理工具来进行分析结果的可视化。

7.结果验证和优化：在进行温度场分析之后，可以对分析结果进行验证和优化。

验证可以通过与实际测量数据进行对比来确定模型的准确性和可靠性。

优化则可以通过调整边界条件、几何形状或材料属性等来提高设计的性能。

总结：ANSYS温度场分析是一个非常强大和灵活的工程分析工具，可以用于各种工程应用。