基于ABAQUS的7050铝合金试件淬火温度场及热应力场模拟研究

发布时间：2017-05-25 08:29

  本文关键词：基于ABAQUS的7050铝合金试件淬火温度场及热应力场模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自20世纪20年代德国科学家W.桑德尔和K.L.麦斯纳发现Al-Zn-Mg合金经淬火和时效处理后具有很高的强度以来,固溶时效和淬火冷却技术已成为当今材料强化技术中极具潜力的技术之一,通常作为对零件的内部组织和性能的最后调整,成为保证工件质量的最重要的一道工序。然而人们在通过淬火处理获得特定的组织以满足较高的性能和质量要求的同时,往往伴随着瞬时应力以及热处理后的残余应力,这类应力的存在会导致工件变形甚至开裂,对工件的质量和寿命有很大的影响。而淬火冷却又是一个相当复杂的过程,受多种因素影响,各影响因素之间又相互作用、相互制约,因此传统的方法不能完整、全面和准确地分析及预测淬火过程的温度场和热应力场。 为了深入研究铝合金材料淬火技术的应用,预测工件淬火后的应力分布情况,本论文综合分析了淬火冷却数值模拟技术的研究状况,借助有限元软件ABAQUS建立了7050铝合金工件淬火冷却过程中温度场和热应力场的数值模型,研究了工件淬火冷却时的温度场和热应力场分布,讨论了主要计算结果和结论,并对数值模拟结果的误差来源进行了分析。 研究结果表明：1、ABAQUS有限元分析软件可实现铝合金材料淬火冷却时热物性参数和高温力学性能参数非线性情况下温度场和热应力场的数值模拟。2、温度场模拟结果表明,应力框试件冷却过程存在一个临界时间tc,当冷却时间小于tc时刻,细杆比粗杆的冷却速度快,在tc时刻时,粗杆和细杆温度差达到最大但冷却速度相等,当冷却时间大于tc时刻时,粗杆的冷却速度大于细杆冷却速度。3、应力场模拟结果表明,淬火过程中细杆部位经历从拉应力转变为压应力的过程,粗杆部位经历从压应力转变为拉应力的过程,并最终呈现细杆压应力,粗杆拉应力的空间分布特征。此外,在淬火冷却过程中应力框试件呈逐渐收缩趋势,淬火开始阶段试件表层和心部应力值不断增大,直至冷却结束时热应力值趋于平缓,并达到最大值。
【关键词】：7050铝合金 数值模拟 应力框 温度场 热应力场
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG166.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-26
• 1.1 引言8-9
• 1.2 国内外高强铝合金的发展概况9-10
• 1.3 铝合金热处理工艺概述10-12
• 1.3.1 铝合金的固溶处理10-11
• 1.3.2 铝合金的时效处理11
• 1.3.3 铝合金热处理工艺参数对变形的影响11-12
• 1.3.4 铝合金热处理缺陷12
• 1.4 残余应力12-18
• 1.4.1 残余应力的研究概况12-14
• 1.4.2 残余应力的分类14
• 1.4.3 残余应力的产生原因14-16
• 1.4.4 残余应力对力学性能的影响16-17
• 1.4.5 残余应力的调整和消除17
• 1.4.6 残余应力的测量技术17-18
• 1.5 有限元法在数值计算中的应用18-20
• 1.5.1 有限元法的发展18-19
• 1.5.2 有限元法的优越性和局限性19
• 1.5.3 有限元软件ABAQUS19-20
• 1.6 热处理过程中的有限元模拟20-22
• 1.6.1 热处理数值模拟技术概况20-21
• 1.6.2 耦合传热的热应力场数值模拟21-22
• 1.7 本课题研究的目的及内容22-26
• 1.7.1 课题研究目的22-23
• 1.7.2 研究内容及技术路线图23-26
• 第二章 淬火时温度场及热应力场计算的理论基础26-38
• 2.1 淬火时温度场的计算26-28
• 2.1.1 温度场控制方程26-27
• 2.1.2 温度场的初始条件27
• 2.1.3 温度场的边界条件27-28
• 2.2 淬火时热应力场的计算28-30
• 2.2.1 热应力场数值模拟的力学模型28-30
• 2.3 淬火冷却时的表面换热系数及确定方法30-33
• 2.3.1 淬冷时的表面换热系数30-32
• 2.3.2 换热系数的选定32-33
• 2.4 7050铝合金试件淬火时的主要热物性参数33-37
• 2.5 小结37-38
• 第三章 ABAQUS计算淬火冷却温度场和热应力场及结果分析38-54
• 3.1 ABAQUS分析步骤38-39
• 3.2 温度场的数值模拟39-41
• 3.2.1 ABAQUS软件计算淬火温度场的前处理39-41
• 3.3 应力场的数值模拟41-42
• 3.4 温度场求解结果与分析42-46
• 3.5 热应力场求解结果与分析46-50
• 3.6 ABAQUS模拟结果的可靠性分析50-51
• 3.7 有限元数值模拟结果误差分析51-53
• 3.7.1 温度场模拟过程产生的误差51-52
• 3.7.2 热应力场模拟过程产生的误差52-53
• 3.8 小结53-54
• 第四章 ABAQUS有限元软件在实际生产中的应用54-60
• 4.1 几何建模与单元选择54
• 4.2 温度场的模拟54-55
• 4.3 热应力场的模拟55
• 4.4 计算结果与分析55-60
• 4.4.1 温度场求解结果与分析55-58
• 4.4.2 热应力场求解结果与分析58-60
• 第五章 结论60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 附录 攻读硕士期间研究成果68-70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 束永平;陈秋红;郑建荣;;载重子午线轮胎稳态滚动有限元分析[J];华东理工大学学报(自然科学版);2008年06期

2 邱智学,黄菊花,杨雪春,杨国泰,刘志云,谢世坤;有限元模型转换及其在金属板料成形数值模拟中的应用[J];塑性工程学报;2004年04期

3 洪峗晋;史俊武;张建武;;钢板弹簧式夹轨器设计[J];机械设计与制造;2008年10期

4 杜艳迎;史玉升;魏青松;;选择性激光烧结不锈钢零件冷等静压宏观变形与微观特征[J];稀有金属材料与工程;2010年S1期

5 董金芝;毛晨曦;曹鹏;;基于ABAQUS的形状记忆合金本构研究[J];低温建筑技术;2010年12期

6 潘利波;华林;钱东升;李超;;环件辗扩过程的导向辊控制工艺及设备的研究[J];机械设计与制造;2007年01期

7 黄晓东;杜爱民;;基于ABAQUS的曲轴圆角滚压数值分析[J];科技信息(学术研究);2007年30期

8 王兴国;吴立志;肖云锋;;隔膜压缩机金属膜片受力变形的分析[J];北京石油化工学院学报;2008年01期

9 陈步高;张士诚;张劲;王伯军;潘林华;;水平缝水力压裂数值模拟研究[J];内蒙古石油化工;2008年14期

10 吴立志;王兴国;肖云锋;;基于ABAQUS的隔膜压缩机膜片有限元分析[J];北京石油化工学院学报;2008年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙志坤;张莹;张义文;刘明东;陈琨;赵惊剑;;不同淬火冷却方式对FGH4097合金组织和性能的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年

2 易桂莲;隋允康;杜家政;;ABAQUS后处理二次开发在拱形板减振降噪分析中的应用[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年

3 雷声;陈希原;杨凯士;王大志;;等温淬火油用于齿轮的淬火冷却[A];2008年安徽省科协年会机械工程分年会论文集[C];2008年

4 宋汶艳;祁顶春;;浅谈ABAQUS单元选择[A];第五届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2008年

5 王光周;苏飞;;电迁移作用下蠕变模型的ABAQUS实现[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年

6 潘家军;王观琪;陈云;;基于ABAQUS的高混凝土面板堆石坝地震反应三维非线性分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展（2011年）[C];2011年

7 刘宇亭;唐益群;王建秀;杨坪;;基于ABAQUS的岩爆形成机理研究[A];上海防灾救灾研究所20周年庆典会议研究短文集[C];2009年

8 王永生;;基于ABAQUS的制丝生产线液压翻箱机优化设计[A];中国烟草学会2010年学术年会论文集[C];2010年

9 梁倬贤;韩大建;;Abaqus在钢管混凝土模拟中的运用综述[A];第十四届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C];2008年

10 刘博;;基于ABAQUS某车型钢板弹簧断裂失效分析及解决方案[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 李谋渭 张少军;不仅要创新，还要适用[N];中国冶金报;2008年

2 袁国;我国首套具有自主知识产权的宽厚板连续型辊式淬火机研制成功[N];世界金属导报;2007年

3 谢倩 袁国;新余钢铁公司辊式淬火机实现薄规格板材淬火稳定生产[N];世界金属导报;2009年

4 宋会江;在线快速淬火技术在方坯连铸的应用[N];世界金属导报;2007年

5 许荣昌 莱芜钢铁集团首席研究员，陈乃录 上海交通大学教授;在线冷却装备实现高强韧钢低成本生产[N];中国冶金报;2009年

6 关玉明;玉门局“三管齐下”节能节水[N];中国石油报;2004年

7 周砚维;北京千叶热处理公司推出无机水溶性淬火介质[N];中国机电日报;2000年

8 记者冯济武;在－200℃中创造的奇迹[N];中国工业报;2003年

9 王迅;Corus公司建设第三代铝带连续退火生产线[N];中国有色金属报;2004年

10 袁国;新钢高强碳素中厚板辊式淬火机研制[N];世界金属导报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 左训伟;水-空交替控时淬火冷却设备的研究与应用[D];上海交通大学;2010年

2 刘双菊;桩—板不同连接方式沉降机理及在路基处理中的应用研究[D];天津大学;2008年

3 贾宪振;基于通用程序的水下爆炸及其对结构作用的数值模拟研究[D];南京理工大学;2008年

4 彭从文;岩体广义多层结构模型研究[D];浙江大学;2010年

5 程海江;轻型木结构房屋抗震性能研究[D];同济大学;2007年

6 寇东鹏;细观结构对多孔金属材料力学性能的影响及多目标优化设计[D];中国科学技术大学;2008年

7 周文;川西致密储层现今地应力场特征及石油工程地质应用研究[D];成都理工大学;2006年

8 孙业恒;史南油田史深100块裂缝性砂岩油藏建模及数值模拟研究[D];中国矿业大学（北京）;2009年

9 郭春华;井眼应力分布模拟及井壁稳定性研究[D];成都理工大学;2011年

10 周太全;桥梁构件局部热点应力分析及其疲劳损伤累积过程模拟[D];东南大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张铁桥;基于ABAQUS的7050铝合金试件淬火温度场及热应力场模拟研究[D];昆明理工大学;2013年

2 于海霞;钢纤维混凝土基本性能及市政构件应用试验研究[D];内蒙古工业大学;2006年

3 郑思顼;水下爆炸冲击波对船体结构的损伤研究[D];大连理工大学;2008年

4 栾心国;桩—网复合地基的沉降计算与有限元分析[D];大连理工大学;2007年

5 吴建强;巷道围岩应力测试若干问题的有限元分析[D];安徽理工大学;2008年

6 郑洪光;扣件式钢管脚手架稳定极限承载能力的有限元分析[D];烟台大学;2009年

7 张治国;轿车前部车身结构静态强度计算及动态分析[D];吉林大学;2005年

8 高晖;ABAQUS在软基固结过程分析中的应用研究[D];武汉理工大学;2006年

9 吕兆庆;地面超载作用下的基坑稳定性研究[D];中国地震局工程力学研究所;2006年

10 郝玉密;低频高载荷空气弹簧研究[D];南京航空航天大学;2007年

  本文关键词：基于ABAQUS的7050铝合金试件淬火温度场及热应力场模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：393209