热处理工艺数值模拟技术
出版时间：2017年版
内容简介
《热处理工艺数值模拟技术》系统地阐述热处理过程中温度场、组织转变、力学性能、应力/应变场、渗碳过程的浓度场等物理场量的数值模拟技术，并通过相应的实验数据或者典型问题的解析数据对数值模拟的结果进行验证，证明数值模拟技术的可靠性。针对在材料热加工过程中的界面换热问题，系统地介绍了基于优化和数值模拟技术的反向热传导技术，以及各类界面换热系数的求解技术。针对加热过程中的材料奥氏体化，系统地介绍了奥氏体化相变动力学模型以及各个材料参数的求解方法，实现了材料奥氏体化过程的数值模拟。
目录
第1章 概述 1
1.1 引言 1
1.2 虚拟热处理的基本概念 2
1.3 淬火工艺模拟技术的国内外研究现状 3
1.3.1 国外淬火工艺模拟研究现状 3
1.3.2 国内淬火工艺模拟研究现状 3
1.3.3 国内外的热处理软件包 4
1.3.4 热处理过程的优化 6
1.4 淬火过程数值模拟的难点及存在的问题 7
第2章 淬火工艺温度场模拟技术 9
2.1 引言 9
2.2 淬火过程导热偏微分方程 10
2.2.1 温度场控制方程 10
2.2.2 初始条件 10
2.2.3 边界条件 11
2.3 瞬态温度场的变分 12
2.3.1 平面瞬态温度场的变分 12
2.3.2 轴对称瞬态温度场的变分 18
2.4 瞬态温度场的求解 19
2.4.1 差分方法 19
2.4.2 系数矩阵的存储方法 20
2.4.3 温度场数值振荡问题 21
2.5 热物性参数的选择 28
2.6 温度场计算流程框图 28
2.7 温度场有限元模拟程序验证 30
2.7.1 变热导率定常内热的一维稳态热传导问题 30
2.7.2 内热二维瞬态热传导问题 31
本章小结 33
第3章 淬火工艺相变过程模拟技术 34
3.1 引言 34
3.2 TTT 曲线 35
3.3 相变过程的数学模型 35
3.3.1 扩散型转变 35
3.3.2 非扩散型转变 36
3.3.3 马氏体相变温度的计算 36
3.3.4 贝氏体相变温度的计算 37
3.3.5 相变潜热的计算与处理 37
3.4 Scheil叠加法则 37
3.5 杠杆定律 39
3.6 淬火过程的相变塑性 40
3.7 淬火力学性能计算 41
3.8 组织场模拟流程框图 41
3.9 P20端淬工艺模拟与实验研究 43
3.9.1 端淬工艺模拟 43
3.9.2 端淬实验研究 44
3.9.3 相变潜热对温度场和组织场的影响 52
本章小结 53
第4章 淬火过程冷却曲线的采集及介质传热系数的计算 55
4.1 引言 55
4.2 计算模型及计算方法 56
4.2.1 计算模型的建立 56
4.2.2 传热系数优化区间的确定 56
4.2.3 传热系数最佳值的确定 58
4.2.4 黄金分割法迭代次数的分析 60
4.3 传热系数的求解 61
4.4 实验装置 65
4.4.1 实验工装 65
4.4.2 热电偶 66
4.4.3 热电偶调理板 68
4.4.4 数据采集卡 68
4.5 冷却曲线的采集及传热系数计算 71
本章小结 76
第5章 淬火过程应力/应变场的模拟技术 78
5.1 引言 78
5.2 淬火过程力学基本方程 79
5.3 热弹塑性本构关系 80
5.3.1 弹性区的应力应变关系 80
5.3.2 塑性区的应力应变关系 82
5.3.3 过渡区的弹塑性比例系数的计算 84
5.4 应力/应变场有限元基本理论与技术 86
5.4.1 单元和形函数 86
5.4.2 单元应变速率矩阵 87
5.4.3 等效应变速率矩阵 89
5.4.4 边界条件 89
5.5 热弹塑性问题求解 89
5.5.1 变分方程及刚度矩阵 89
5.5.2 增量变刚阵方法 90
5.5.3 迭代收敛准则 92
5.6 预应力淬火过程的应力、应变计算 92
5.7 应力、应变计算流程图 94
5.8 应力/应变计算程序检验 95
本章小结 98
第6章 淬火过程温度、相变和应力的耦合分析 100
6.1 引言 100
6.2 耦合分析程序流程框图 102
6.3 耦合分析有限元模型 103
6.4 温度、相变及应力应变耦合分析 104
6.4.1 温度场的模拟 104
6.4.2 组织场的模拟 106
6.4.3 应力/应变场模拟 108
6.5 弹塑性区域的演变 115
6.6 淬火零件的变形 117
本章小结 119
第7章 渗碳工艺有限元模拟关键技术研究 121
7.1 引言 121
7.2 渗碳工艺有限元模拟 123
7.2.1 基本条件 123
7.2.2 瞬态浓度场的变分 123
7.2.3 有限差分法 130
7.2.4 浓度场的数值振荡问题 131
7.3 有限元模拟程序的实验验证 132
7.3.1 圆柱体的实验与模拟 132
7.3.2 齿轮的实验与模拟 133
第8章 基于MC方法的组织模拟关键技术研究 139
8.1 晶粒长大MC Potts模型模拟关键技术 139
8.1.1 传统晶粒长大模型关键技术 139
8.1.2 对传统晶粒长大Exxon MC Potts模型的改进 141
8.1.3 新模型模拟计算机算法流程 149
8.2 再结晶MC Potts新模型模拟关键技术 150
8.2.1 传统再结晶模型关键技术 150
8.2.2 再结晶新模型模拟流程 151
本章小结 152
第9章 气体淬火过程工艺参数的优化 153
9.1 引言 153
9.2 曲面响应模型 153
9.3 回归模型的方差分析 154
9.4 逐步回归分析 156
9.5 气体淬火工艺及工艺参数评估 157
9.5.1 气体淬火技术 157
9.5.2 有限元模型 158
9.5.3 目标函数的建立 158
9.5.4 工艺参数评估 159
9.6 阶段性传热系数模型 161
9.6.1 设计变量的确定 161
9.6.2 Box-Behnken实验设计 162
9.6.3 响应曲面的拟合 164
9.6.4 优化目标函数的建立 166
9.6.5 工艺参数的优化结果 166
9.7 区域性传热系数模型 170
9.7.1 设计变量的确定 170
9.7.2 中心复合实验设计 171
9.7.3 响应曲面的拟合 173
9.7.4 优化目标函数的建立 175
9.7.5 工艺参数的优化结果 176
本章小结 179
参考文献 182
