本文關(guān)鍵詞：變厚度盤件氣淬冷卻過程仿真與系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化

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【摘要】：熱處理工藝可以改善材料的綜合機(jī)械性能,彌補(bǔ)材料自身的缺陷。隨著材料性能要求的不斷提高,熱處理工藝也需要不斷地改進(jìn)。在淬火工藝方面,傳統(tǒng)的液體介質(zhì)淬火工藝存在著殘余應(yīng)力大等缺陷嚴(yán)重影響著材料的性能。本文采用氣體作為淬火介質(zhì),改進(jìn)了傳統(tǒng)淬火工藝存在的缺陷。借助數(shù)值模擬研究氣淬冷卻過程的影響因素,通過聯(lián)合仿真對(duì)氣淬冷卻過程進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真優(yōu)化結(jié)果的可靠性。首先,闡述氣體淬火冷卻過程仿真的數(shù)值傳熱原理,研究噴流換熱過程的影響因素和參數(shù)間的交互作用,認(rèn)為噴管氣體流速v對(duì)冷卻速度影響最大,噴管高度h和噴管中心距s對(duì)冷卻速度的影響有交互作用。建立了變厚度盤件的氣淬冷卻過程仿真模型,通過仿真發(fā)現(xiàn)氣淬冷卻過程存在的不足,提出氣淬冷卻系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化問題。其次,將影響氣淬冷卻效果的參數(shù)分為結(jié)構(gòu)參數(shù)和流速參數(shù),并建立了氣淬冷卻效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用國(guó)際上流行的非支配排序遺傳算法(NSGA-II,Nondominated Sorting Genetic Algorithm II),作為氣淬冷卻過程的多目標(biāo)優(yōu)化算法。基于計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化(CAO,Computer Aided Optimization)軟件Isight集成FLUENT等軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真優(yōu)化,建立了氣淬冷卻的仿真優(yōu)化流程,優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣體流速參數(shù),改善了冷卻效果,并得到了多目標(biāo)優(yōu)化后的Pareto前沿。由于Isight直接驅(qū)動(dòng)FLUENT等軟件聯(lián)合優(yōu)化仿真的計(jì)算效率低,借助Isight進(jìn)行氣體淬火冷卻過程模擬的最優(yōu)拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì),通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果建立了氣淬冷卻過程的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,基于此模型對(duì)氣淬冷卻過程進(jìn)行多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化,提高了優(yōu)化效率。最后,基于RS-485總線建立了單主多從的變頻器控制網(wǎng)絡(luò),并利用LabVIEW編寫了開環(huán)控制程序,解決了RS-485通信網(wǎng)絡(luò)多設(shè)備通信容易造成數(shù)據(jù)沖突的問題,建立了氣淬實(shí)驗(yàn)的供氣系統(tǒng)。根據(jù)仿真優(yōu)化的結(jié)果設(shè)置噴管布局和噴管流速,用熱電偶采集氣淬冷卻實(shí)驗(yàn)過程中盤件內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù),并與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比,其誤差在7%以下,驗(yàn)證了變厚度盤件氣淬冷卻過程仿真優(yōu)化結(jié)果的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG156.3

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