学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

轴对称体激光相变硬化过程温度场和应力场的数值模拟

作　者: 魏利霞
导　师: 张国梁；张立文
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 激光相变硬化温度场应力场有限元数值模拟
分类号: TG156.99
类　型: 硕士论文
年　份: 2000年
下　载: 233次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本论文在对轴对称工件激光相变硬化过程的传热行为和力学行为进行全面分析的基础上，建立了合理的数学物理模型，采用有限元法对轴对称体激光相变硬化过程的温度场和应力场进行了计算。在温度场的计算上，综合考虑了激光热流施加、各种热物性参数随温度的变化，材料传热、材料相变等多方面的特点，建立了轴对称体激光相变硬化过程非稳态温度场计算的数学模型。同时，激光相变硬化过程是一个复杂的热弹塑性问题。在温度场和组织场计算的基础上，建立了轴对称体激光相变硬化过程的应力场计算模型。此模型考虑了温度对材料机械性能，如弹性模量、屈服强度等的影响及由此引起的附加应力和应变，还考虑了组织转变对应力的影响和卸载问题。据此，利用有限单元法对此进行了分析和推导。采用FortranPowerStation 4.0语言，编写了有限元法的温度场和应力场的计算程序。利用所编程序分别计算了一定工艺条件下轴对称体的42CrMo钢激光相变硬化过程的温度分布和变化及MoCu球铁的应力分布和变化。对相变硬化区的宽度和深度及残余应力分布进行了预测，前者的计算结果和实验结果符合较好。而且用VB语言编制了友好的人机交互界面及计算数据后处理程序，可利用等值图、曲面图、散点图等图形直观地反映温度场和应力场的变化。在实验方面，通过改变激光热源功率和扫描速度工艺参数，分别对轴对称体的42CrMo钢进行了激光相变硬化处理，研究了钢表面处理层的显微组织、相变区形状、深度和宽度。通过计算结果与实验结果比较，证实了所建立的温度场模型的准确性和通用性。对轴对称作应力场热弹性过程进行了模拟计算，计算结果和解析解作了对比，符合很好。再加上界面的友好性，本程序具有一定的实用性。

全文目录

目录  5-7
第一章绪论  7-19
  1．1 引言  7-8
  1．2 激光相变硬化及其温度场、应力场研究发展概况  8-17
    1．2．1 激光相变硬化及其热过程和力学行为的特点  8-11
    1．2．2 温度场和应力场数值模拟方法  11-12
    1．2．3 国外发展概况  12-8
    1．2．4 国内发展概况  8-17
  1．3 论文的主要工作  17-19
第二章轴对称体激光相变硬化过程温度场的数值模拟  19-37
  2．1 传热学的基本原理  19-21
  2．2 轴对称体激光相变硬化过程温度场计算数学模型的建立  21-26
    2．2．1 温度场计算数学模型  21-23
    2．2．2 初始条件和边界条件  23-24
    2．2．3 温度场的离散化与网格划分  24-25
    2．2．4 非稳态和非线性问题的处理  25-26
  2．3 轴对称体激光相变硬化过程中温度场计算  26-37
    2．3．1 有限单元法的基本思想  26
    2．3．2 轴对称温度场的变分方程  26-27
    2．3．3 单元的划分和温度场的离散化  27-30
    2．3．4 单元的变分计算  30-33
    2．3．5 单元刚度矩阵的总体合成  33-34
    2．3．6 时间的离散  34
    2．3．7 潜热的处理  34-35
    2．3．8 温度场计算程序框图  35
    2．3．9 温度场计算中的数值振荡问题  35-37
第三章温度场数值模拟结果与分析  37-48
  3．1 材料的热物性参数  37
  3．2 温度场模拟结果  37-43
    3.2.1 42CrMo钢温度场的空间分布  38-41
    3．2．2 42CrMo钢温度场时间分布  41-43
  3．3 42CrMo钢相变硬化区金相组织  43-44
  3．4 相变硬化区宽度与深度模拟结果与实验结果的比较  44-46
  3．5 讨论  46-48
第四章轴对称体激光相变硬化过程应力场的数值模拟  48-69
  4．1 弹塑性应力应变关系概述  48-50
  4．2 轴对称体激光相变硬化过程应力场计算数学模型的建立  50-55
    4．2．1 应力场计算数学模型  50-52
    4．2．2 热弹塑性问题求解  52
    4．2．3 应力场的空间离散化和网格划分  52-53
    4．2．4 初始条件和边界约束条件  53-54
    4．2．5 非线性问题的处理  54-55
  4．3 轴对称体激光相变硬化过程中应力场的计算  55-69
    4．3．1 概述  55
    4．3．2 弹性轴对称问题的基本控制方程  55-56
    4．3．3 空间离散化  56-57
    4．3．4 弹性问题的泛函及变分  57
    4．3．5 热弹性问题  57-58
    4．3．6 热弹塑性问题  58-64
    4．3．7 位移边界条件的处理  64
    4．3．8 由温度对机械性能影响而引起的附加应力和应变  64-65
    4．3．9 组织转变对应力的影响  65-66
    4．3．10 卸载问题的处理  66
    4．3．11 计算框图  66-69
第五章应力场数值模拟的结果与分析  69-87
  5．1 材料的力学性能参数  69-70
  5．2 应力场模拟结果  70-83
    5．2．1 MoCu球铁应力场时间分布  71-80
    5．2．2 MoCu球铁残余应力场空间分布  80-83
  5．3 不同工艺条件下的表面残余应力分布的比较  83-84
  5．4 热弹性问题的模拟计算解和解析解的比较  84-85
  5．5 讨论  85-87
第六章结论与展望  87-89
  6．1 结论  87-88
  6．2 展望  88-89
致谢  89-90
参考文献  90-91

轴对称体激光相变硬化过程温度场和应力场的数值模拟

内容摘要

全文目录

相似论文