电磁感应淬火温度场的非fourier效应研究

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1、中图分类号：TK421UDC分类号：621.8电磁感应淬火温度场的非Fourier效应研究作者姓名何进学院名称机械与车辆学院指导教师廖日东教授答辩委员会主席魏春源教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonNon-FourierEffectsonTemperatureFieldofInductionQuenchingProcessesCandidateName：JinHeSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.RidongLiaoC

2、hair,ThesisCommittee:Prof.ChunyuanWeiDegreeApplied:MasterofScienceMajor:PowerEngineering&EngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育

3、机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要电磁感应淬火是曲轴广泛采用的表面强化技术之一。本文在深入理解电磁感应淬火原理和实际淬火工艺的基础上，开展了电磁感应淬火非Fourier效应温度场的理论及数值分析。主要内容包括：根据电磁感应淬火过程这一工程背景，在分析电磁感应加热过程分布内热源的基础上，推导得到了直角坐标系下一维含内热源非Fourier效应温度场的数学模型。采用格林函数，拉氏变换及其逆变换得到了直角坐标系下含矩形分布内热源和线性分布内热源的非

4、Fourier温度场解析解。由此分析对比了Fourier效应温度场与非Fourier效应温度场，结果表明，考虑热传播非Fourier效应时，由于热传播速度有限，在温度稳定之前，温度变化有明显的震荡，需要经过相对于Fourier导热更长的时间，才能达到稳定温度。同时，分析了内热源脉冲宽度对非Fourier效应的影响，结果表明，非Fourier效应与加热脉冲宽度有关，宽度越大，非Fourier效应越不明显。同时，对比分析了线性分布内热源与矩形分布内热源对应的温度场，结果表明，这两种内热源形式对应的温度场基本一致，因此，在研究线性分布内热源时，可以简化为对应的矩形分布内热源问题以简

5、化计算。针对柱坐标系及球坐标系下的一维含内热源非Fourier强瞬态导热问题，根据转轴公式，由直角坐标系分别推导出柱坐标系及球坐标系下的温度场控制方程。运用格林函数法对其进行求解，采用无量纲法和离散化积分法，获得了柱坐标系及球坐标系下一维含内热源的非Fourier效应温度场。结果表明，由于其形状的特点，柱坐标系及球坐标系下的热量传播与直角坐标系下不同，不再是以矩形方波的形式传播，而是出现尖峰，因此，其震荡会相对于直角坐标时更剧烈。由此可以预测，在同样的热扰动下，柱坐标系及球坐标系下温度波动性更明显，出现的最大温度更高，由此导致的工程问题会更显著。采用数值差分方法，针对二维非F

6、ourier效应的导热温度场进行了研究，得到了其显式差分格式，分析了其稳定性。结果表明，二维非Fourier效应温度场的显式差分格式不符合稳定性要求。关键词：非Fourier效应；温度场；分布内热源；驰豫时间I北京理工大学硕士学位论文AbstractElectromagneticinductionquenchingisoneofthehardeningtechniqueswidelyusedforthecrankshaftsurface.Inthispaper,theoreticalandnumericalanalysisonthenon-Fouriertemperature

7、fieldoftheelectromagneticinductionhardeningprocesswerecarriedout,onthebasisofin-depthunderstandingoftheprincipleofelectromageticinductionhardeningandtheactualquenchingprocess.Themaincontentsinthisresearchareshownasfollows:Themathematicalmodelfortheone-di