PDF《淬火过程的计算机模拟及其应用》

计算机应用 淬火过程的计算机模拟及其应用 顾剑锋 ,潘键生 ,胡明娟 (上海交通大学高温材料及高温测试开放实验室 ,上海 200030) 摘要 :籍助于温度场 - 相变 - 应力和应变的有限元分析方法 ( FEM) ,实现了复杂形状工件淬火过程的计算机模拟.

模拟结果 直观地显示任一时刻工件内部的温度分布、 组织分布、 应力分布、 应变状况及工件任意位置上的冷却曲线 ,为使用者提供了用虚 拟现实方法详尽分析和研究淬火工艺的工具.本文列举了几个实际应用的例子 ,计算机模拟将成为虚拟制造技术中的重要组 成部分. 关键词 :淬火 ;

相变 ;

温度场 ;

应力场 ;

有限元法 ;

计算机模拟 ;

虚拟制造 中图分类号 :TB115;

TG156.

34 文献标识码 :A 文章编号 :025426051( 2000)

0520035203 Computer Simulation of Quenching Process and Its Application GU Jian2feng ,PAN Jian2sheng ,HU Ming2juan (Shanghai Jiaotong University ,Public Laboratory for High Temperature Materials and High Temperature Tests ,Shanghai

200030 ,China) Abstract :Computer simulation on complicate shaped parts during quenching process has been realized by using FEM analysis of temper2 ature field2phase transformation - stress and strain. The simulation results vividly display the transient temperatrue field ,microstructure distribution ,stress and strain of the parts on any time ,and show the cooling curve on any position of the parts. These results provide the user a tool for analyzing and studying on quenching technique in detail using virtual reality method. Several practically used examples are listed in this paper ,and computer simulation will become important part of virtual manufacture technology. Key words :quenching ;

phase transformation ;

temperature field ;

stress field ;

finite element method ;

computer simulation ;

virtual manufac2 ture

1 前言 与淬火过程计算机模拟有关的基础理论研究工作近年来 发展很快 ,例如温度2相变2应力/ 应变相互耦合的模型不断改 进 ,已经可以考虑许多因素之间复杂的相互作用[1~3 ] .在相 变计算方面文献[4 ]发展了多相转变的计算方法.就应力对 相变的影响 ,近期工作[5 ,6 ] 指出应力对相变动力学存在更为 复杂的非线性关系.这些研究成果都有助于使计算机模拟的 结果逐步接近于实际情况 ,引起热处理界的重视.淬火过程 计算机模拟在实际生产中的应用已提到议事日程上来.一些 作者已就此进行了有益的尝试[7 ,8 ] .尽管目前的淬火过程计 算机模拟计算还远远未能被认为是成熟的技术 ,其准确性还 不能令人满意 ,但是它与必要的试验测试相结合 ,可以成为研 究淬火方法和制订工艺参数的辅助决策工具.本文介绍了应 用计算机模拟技术进行几种形状复杂的零件的淬火过程虚拟 生产试验的初步尝试.模拟计算是以大型有限元分析软件为 平台 ,结合作者的二次开发程序来实现的.

2 数学模型

211 相变量计算 本文相变量计算与文献[9~11 ]所介绍的方法基本相同. 用孕育期叠加法判断相变的开始 ,用avrami 方程计算扩散型 相变的转变量 ,用Koistinen2Marbuger 方程计算马氏体转变 作者简介 :顾剑锋(1970 ― ) ,博士 ,讲师 ,江苏江阴人 ,主要从事热处理 数学模型和计算机模拟 ,发表论文

10 余篇 ,获99 年度国家教育部科 技进步一等奖.E2mail :jianfeng. gu @univ2troyes.fr 基金项目 :国家自然科学基金资助 (No. 59371073) ;