曲轴电磁感应淬火残余应力模拟及其对圆角应力影响地研究

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1、图书分类号TK426密级非密UDC621.4硕士学位论文曲轴电磁感应淬火残余应力模拟及其对圆角应力影响的研究龚玉霞指导教师苏铁熊教授王军讲师申请学位级别工学硕士专业名称动力机械及工程论文提交日期2012年4月20日论文答辩日期2012年6月4日学位授予日期年月日论文评阅朱建儒副教授董小瑞教授答辩委员会主席张儒华研究员2012年6月5日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承

2、担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文曲轴电磁感应淬火残余应力模拟及其对圆角应力影响的研究摘要过渡圆角处应力集中现象是曲轴疲劳断裂的主要原因之一，利用局部表面强化工艺产生残余应力的方法可有效解决该问题。针对上述问题

3、，本文基于电磁感应淬火及其残余应力和有限元法的基本理论，利用有限元法模拟了曲轴的连杆轴颈电磁感应加热后的电磁场及其产生的温度场；利用有限元法模拟了AQUATENSID冷却液产生的温度场、空气中长时间冷却后的温度场；根据临界冷却速度和Schiel理论获得淬硬层厚度，结合上述温度场考虑马氏体和母体不同的材料特性获得最终的残余应力场。通过对某曲轴单拐是否淬火的圆角应力进行模拟，定量比较了残余应力对过渡圆角处应力的影响，为曲轴的抗疲劳设计提供参考。本文运用ANSYS/Multiphysics有限元软件模拟某曲轴连杆轴颈的电磁感应淬火过程和淬火后的残余应力。曲轴电磁感应淬火是对轴颈分段进行的，在计算时本

4、文取一个连杆轴颈薄片进行建模，考虑到漏磁现象，需对轴颈周围的部分空气建模，并且对感应线圈进行建模，研究电磁感应淬火边界条件和载荷的施加方法，计算得到连杆轴颈上的电磁场及其产生的温度场，轴颈表层迅速升温使其表层奥氏体化，而心部的组织没有发生变化；AQUATENSID冷却液产生的温度场过程中，轴颈表层被喷到AQUATENSID冷却液是AQUATENSID冷却液和轴颈表面对流换热，没有喷到冷却液是空气和轴颈表面对流换热，计算得到AQUATENSID冷却液产生的温度场，由于AQUATENSID冷却液的急速冷却，当冷却速度超过了临界冷却速度，轴颈表层奥氏体转变成了淬硬层马氏体，同时心部的组织没有发生变化

5、；第三阶段长时间空气冷却温度场的模拟，空气和轴颈表面的对流换热，计算得到空气长时间冷却温度场，轴颈表层和心部的温度达都到了环境温度。在空气中长时间冷却后产生的应力为最终曲轴电磁感应淬火后的残余应力，在对曲轴淬火后的残余应力的模拟计算中，本文把产生淬火的淬硬层马氏体相变层和母体分别设置不同的材料特性参数，其材料特性参数包括弹性模量和热膨胀系数，淬硬层马氏体的厚度是通过用临界冷却速度和Schiel理论来计算获得，载荷的加载是AQUATENSID中北大学学位论文冷却液温度场，计算出曲轴电磁感应淬火后残余应力，在连杆轴颈的表层和过渡圆角处产生残余压应力。在本文中采用对比的方法对某曲轴单拐是否淬火的圆角

6、应力进行模拟，对曲轴单拐是否淬火加载相同的弯曲载荷和静载荷，不同的是电磁感应淬火后在连杆轴颈的过渡圆角处加载残余压应力，通过对曲轴是否淬火应力计算结果进行比较，淬火后残余压应力抵消了部分的曲轴所受的拉应力，使过渡圆角处集中的应力得到降低，进而提高曲轴的疲劳强度，为曲轴的抗疲劳设计提供参考。关键词：曲轴，电磁感应火，残余应力，圆角应力，数值模拟中北大学学位论文TheCrankshaftElectromagneticInductionHardeningofResidualStressSimulationofFilletStressanditsRoundtoResearchonTheEffectso

7、fStressAbstractThestressconcentrationinfilletisoneofthemainreasonsforcrankshaftfatiguefracture,andthewayusinglocalsurfacehardeningprocesstoproduceresidualstresscaneffectivelysolvetheproblem.Inviewofth