本文選題：空氣淬火 + 數(shù)值模擬�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：淬火工藝的提升可以提高金屬材料的機(jī)械、化學(xué)等性能,目前工業(yè)中使用的淬火方式根據(jù)淬火介質(zhì)劃分可以分為水冷淬火、油冷淬火、氣冷淬火等,相比于水冷淬火、油冷淬火等淬火方式,氣冷淬火具有材料內(nèi)部組織應(yīng)力小、淬火速度快等優(yōu)點。本文基于一種新型的空氣淬火裝置,研究了該裝置對變厚度盤坯的淬火效果。針對具有多種形狀特征的盤坯,通過控制空氣淬火裝置中氣體的流速,得到了使盤坯內(nèi)部溫降均勻,適合內(nèi)部材料晶相組織生成的淬火工藝參數(shù)。本文對盤坯的氣體淬火過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,簡化了淬火過程中的湍流控制方程,分析了淬火過程中盤坯表面的換熱情況。通過計算盤坯表面第一層網(wǎng)格無量綱距離驗證了仿真湍流模型的準(zhǔn)確性,分析了盤坯不同區(qū)域表面Nu數(shù)的分布特點,盤坯表面平均Nu數(shù)與Re數(shù)的關(guān)系。盤坯為了達(dá)到淬火過程理想溫降需要相應(yīng)噴嘴中氣體流速隨時間進(jìn)行變化,針對這一根據(jù)溫度逆求解流速的問題,設(shè)計了FLUENT/Simulink協(xié)同仿真閉環(huán)控制系統(tǒng),使用這一控制系統(tǒng)得到了噴嘴氣體流速在淬火過程中隨時間變化曲線。這種協(xié)同控制方法可以準(zhǔn)確控制基于分布參數(shù)模型的盤坯內(nèi)部區(qū)域各點的溫度下降曲線。根據(jù)盤坯淬火過程具有大時滯、慣性、耦合的特點,在建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制模型時,改進(jìn)了傳統(tǒng)的模糊控制等控制策略,最終得到了盤坯理想淬火過程對應(yīng)的淬火結(jié)構(gòu)中噴嘴氣體的流速變化數(shù)據(jù)。使用本文提出的控制方法,改善了傳統(tǒng)的淬火工藝,能夠提高盤坯淬火后各項力學(xué)性能。使用該淬火結(jié)構(gòu)對盤坯進(jìn)行了淬火實驗,提取了盤坯內(nèi)部某些監(jiān)測點溫度下降數(shù)據(jù),分析了這些監(jiān)測點的溫度下降規(guī)律,比較了這些監(jiān)測點實驗值與仿真值的下降趨勢及誤差,并給出了相應(yīng)的誤差分析。
[Abstract]:The upgrading of quenching technology can improve the mechanical and chemical properties of metal materials. The quenching methods used in industry at present can be divided into water cooling quenching, oil cold quenching, air cooling quenching, etc., compared with water cooling quenching, the quenching methods used in industry at present can be divided into water cooling quenching, oil cold quenching, air cooling quenching and so on. Gas-cooled quenching has the advantages of low microstructure stress and fast quenching speed. Based on a new type of air quenching device, the quenching effect of the device on variable thickness disc billet is studied in this paper. By controlling the flow rate of the gas in the air quenching device, the quenching process parameters which make the internal temperature drop uniform and fit for the formation of the crystal phase structure of the inner material are obtained for the disc with various shape characteristics. In this paper, the numerical simulation of the gas quenching process of the slab is carried out, which simplifies the turbulent governing equation during the quenching process and analyzes the heat transfer on the surface of the disc during the quenching process. The accuracy of the simulation turbulence model is verified by calculating the dimensionless distance of the first layer grid on the slab surface. The distribution characteristics of the Nu number on the surface of the slab in different regions and the relationship between the average Nu number and re number on the slab surface are analyzed. In order to achieve the ideal temperature drop in the quenching process, the gas velocity in the nozzle needs to change with time. In order to solve the flow rate inverse according to the temperature, a fluent / Simulink collaborative simulation closed-loop control system is designed. By using this control system, the curve of nozzle gas velocity varying with time during quenching is obtained. The cooperative control method can accurately control the temperature drop curve of each point in the inner region of the slab based on the distributed parameter model. According to the characteristics of large time delay, inertia and coupling in the process of disc quenching, the traditional fuzzy control strategy is improved when the control model of the closed-loop control system is established. Finally, the flow velocity data of nozzle gas in the quenching structure corresponding to the ideal quenching process of disc billet are obtained. By using the control method proposed in this paper, the traditional quenching process is improved, and the mechanical properties of the disc after quenching can be improved. The quenching experiment was carried out on the disc billet with the quenched structure, and the temperature drop data of some monitoring points in the slab were extracted, the law of temperature drop at these monitoring points was analyzed, and the decreasing trend and error between the experimental value and the simulation value of these monitoring points were compared. The error analysis is given.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG156.3

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本文編號：2095057