带轮淬火过程的有限元分析54

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1、有限元分析与建模期末论文题目：带轮淬火过程热瞬态分析带轮淬火的瞬态热分析一、问题描述淬火就是将金属工件加热到某一适当温度并保持一段吋间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。这里我们用有限元的方法分析带轮淬火过程过个部分的温度变化情况。在分析之前首先对带轮初始条件设置一下：(1)设带轮的初始温度为500摄氏度，将其突然放进温度为0°C的水中，使其完成淬火过程。水的对流系数为110W/(m2.°C)o(2)带轮的的零件结构示意图如图1所示(图中长度单位为mm),它的三维模型如图2所示。07^00650图1带轮的结

2、构示意图图2带轮的三维结构图(1)带轮材料的热性能参数如表1所示。表1带轮的材料热性能参数密度kg/m3导热系数W/(m*°C)比热J/(kg.°C)240070328二、问题的分析在进行有限元建模之前，首先对一下几个方面进行分析1、瞬态热分析瞬态热分析用于计算一个系统的随吋间变化的温度及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将Z作为热载荷进行应力分析。瞬态热分析的基木步骤与稳态热分析类似，瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析和同，主要的区别是瞬态分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必

3、须将载荷一时间曲线分为载荷步。载荷一时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶跃。2、分析模型的选择建立有限元模型吋需要考虑的因素很多，不同的问题所需要考虑的侧重点也不一样。但不论什么问题，建模时都应该考虑的两调基木原则：一是保证计算结果的精度，二是要适当控制模型规模。而精度和规模是一对相互矛盾的因素。往往精度非常高吋，模型的规模又太大，在建模和分网等过程带来很多麻烦，同时求解也很困难；想要缩小模型的规模又达不到需要的计算精度。所以建模吋应根据具体的分析

4、对象、分析要求和分析条件权衡考虑。对带轮分析模型的建立，主要从以下三个方面分析：（1）带轮的结构由上面给出带轮的结构示意图和三维结构图可以知道该带轮的几何形状是严格轴对称的，是相对对称轴的旋转体；（2）边界条件带轮在淬火过程中的边界条件是对称，带轮是整体的受热，对于以轴线的旋转体，温度在各个旋转角度的变化情况是相同的，而且在突然放进0°C的水屮时，带轮的各个角度的部位受温度影响也是一样的；（3）材料带轮的材料是各向同性的，这种条件自然满足。基于以上的几点分析，我们在做有限元分析吋没有必要对整个带轮进行分析，只需要对带

5、轮的一部分做分析，就能得到满意的答案。因此，我们选用了整个带轮的1/16部分（即22.5°的角度）作为带轮的分析几何模型，如图3所示。图3带轮热分析的几何模型3、求解的问题带轮的淬火过程是一个热瞬态分析过程，因此我们为了更好了分析出整个淬火过程屮带轮整个的温度变化以及带轮各个部位的温度变化情况，我们需要求解以下两个问题：(1)在一分钟和五分钟后带轮的温度场分布情况(2)求出零件图上A、B、C、D、E各点温度在整个淬火过程中随时间的变化关系二、带轮瞬态热分析的求解过程第一步：建立工作文件名和工作标题(1)选择Utili

6、tyMenu

7、File

8、ChangeJobname命令,出现ChangeJobname对话框。在[/FILNAM]Enternewjobname文本框屮输入文件名EXERCISE6,单击0K按钮关闭该对话框。(2)选择UtilityMenu

9、File

10、ChangeTitle命令，出现ChangeTitle对话框，选中Thermal复选框，单击0K按钮关闭该对话框。(3)选择MainMenu

11、Preferences命令，出现PreferencesforGUTFiltering对话框，选中Thermal复选框，单击0K按

12、钮关闭该对话框。第二步：定义单元类型单元类型是实体(solid),这里需要定义两个实体的单元类型:一个是brick8node70和brick20node90,如图10-76所示。(1)选择MainMenu

13、Preprocessor

14、ElementType

15、Add/Edit/Delete命令，出现ElementType对话框，单击Add按钮，出现LibraryofElementTypes对话框。(2)在LibraryofElementTypes的两个列表框中分别选择ThermalSolidsBrick8node70选项

16、，在Elementtypereferencenumber文本框屮输入1.(3)单击Apply按钮，在LibraryofElementType的两个列表框中分别选择ThermalSolid>Brick20node90选项，在Elementtyperefereneenumber文木框中输入2.单击OK按钮关闭LibraryofElementtype