基于改进集中热容法的TC17钛合金淬火表面换热系数测算

表面换热系数是TC17钛合金淬火数值分析研究的重要边界条件,其准确性影响工件淬火温度与应力场的分布精度。基于深埋热电偶动态实测的温降曲线,采用改进后的集中热容法,计算求解TC17钛合金淬火表面换热系数,并通过数值模拟验证了结果的可靠性。结果表明,TC17钛合金水浴淬火过程中会经历3个主要阶段:蒸汽膜阶段、核沸腾阶段及对流冷却阶段。表面换热系数在蒸汽膜阶段、核沸腾阶段会快速增大,随后在对流冷却阶段会逐渐减小,在第50 s达到峰值1299 W/(m^(2)·℃),此时淬火面温度为355℃。将换热系数代入数值模型中进行温度场计算验证,计算结果与实测温降曲线吻合较好,平均相对误差仅为1.4%。

基于改进集中热容法的Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金表面换热系数求解方法

表面换热系数作为淬火数值模拟过程的重要边界条件,其求解精度直接影响温度场、热应力场的演变规律。实验通过设计矩形淬火探头并进行单面水浴淬火,根据热电偶记录的温降数据,采用改进的集中热容法对Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金进行表面换热系数的求解。研究结果表明:表面换热系数呈现先增大后减小的趋势且水浴淬火过程存在蒸汽膜沸腾阶段、二次形核阶段以及对流换热阶段3个阶段,在第27秒时表面换热系数达到峰值2496.31 W/(m^(2)·℃),此时淬火面温度为211℃。用此方法计算得到的随温度变化的换热系数以列表的形式代入Abaqus有限元模型的相互作用模块,同一深度处仿真温度与实测温度最大相对误差为15%,平均相对误差仅为6%;采用K-S双样本分布检验对仿真与实验的温度曲线进行分布检验,在合适的显著性水平下4个样本的统计量均不在拒绝域内,验证了改进的集中热容法用来求解水浴淬火过程中表面换热系数的正确性。

评价淬火介质换热特性的Grossmann法与集中热容法的比较

研究了用于估算纳米流体、盐水溶液和某洗涤剂基试验介质淬火烈度的Grossmann法和集中热容(LHC)法的适用性,评价了探头截面厚度对不同淬火介质换热系数的影响。借助于计算机分析了304不锈钢探头在淬火过程中的冷却曲线,并分别采用Grossmann法和LHC法对所测得的冷却曲线进行了换热系数的估算。研究表明,采用10 mm不锈钢探头的LHC法适用于淬火烈度小于20 m-1介质的表征。虽然Grossmann法是基于平均换热系数这一假设的,但仍能应用于具有不同淬火烈度介质之间的评定。Grossmann法能更敏感地反映探头截面厚度对换热的影响。

淬冷过程三维温度场有限元模拟数值振荡问题的研究

用作者编写的三维有限元程序对淬冷过程温度场进行了模拟计算,并与解析解(分离变量法)进行了比较。为了解决数值振荡问题,采用了局部网格细化、动态时间步长和集中热容矩阵等方法。通过模拟结果与解析解的比较可以看出,在时间步长选择合适的情况下,集中热容矩阵能够很好地解决数值振荡问题;如果不进行集中热容矩阵,无论是细化网格还是减小时间步长,其解决数值振荡问题的效果都不好。

GW103K镁合金热处理过程表面换热系数求解与验证

镁合金件的温度场、应力场等只有获得正确的表面换热系数h,才能得到准确的模拟结果。实验测定了镁合金方形试样在固溶热处理升温和降温过程中的温度变化,采用集中热容法(LHCM)计算得到了试样热处理过程中的表面换热系数。结果表明:镁合金件在固溶热处理升温过程中,表面换热系数在150℃左右达到最大值,50.15 W/(m^(2)·℃),随后表面换热系数逐渐趋于稳定。降温过程中,表面换热系数在换热的初始阶段达到最大值,33.92 W/(m^(2)·℃),之后随温度的降低逐渐减小。以求解得到的换热系数作为边界条件,采用ABAQUS有限元软件建立镁合金试样固溶热处理模型,计算试样的温度变化,计算结果和实测数据最大温差为6.39℃,验证了所求表面换热系数的准确性。