本文關(guān)鍵詞：基于有限元分析的電火花表面強化熱應力及裂紋研究

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【摘要】：鈦合金具有比強度高、耐沖擊、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、化工、汽車、醫(yī)療等行業(yè)和一些腐蝕性環(huán)境。鈦合金具有較高的回彈特性和化學活性，較低的導熱系數(shù)等材料特性，利用傳統(tǒng)加工方法加工鈦合金十分困難，且成本高，電火花加工技術(shù)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)加工的難題。電火花加工是一種非傳統(tǒng)加工方式，該種加工方法具有節(jié)約能源、快速高效、綠色環(huán)保等優(yōu)點，可以很好的代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工方式，因而得到國內(nèi)外研究學者的重視。電火花表面強化技術(shù)是利用脈沖熱源放電熔融重鑄工件表面，使工件表面發(fā)生化學冶金反應達到強化效果的一種強化技術(shù)。 本論文以TC4鈦合金工件為研究對象，采用有限元軟件建立混粉介質(zhì)單脈沖電火花表面強化過程的數(shù)學模型，計算電火花強化過程的溫度場、結(jié)構(gòu)場變化情況。分析電火花強化工藝參數(shù)對工件溫度場、結(jié)構(gòu)場及表面質(zhì)量的影響。 分析單脈沖電火花表面強化過程的放電機理、脈沖放電通道及熱能分配情況，編寫與熱源相近的高斯熱源模型。 通過研究在混粉介質(zhì)電火花放電過程的物理化學變化過程，得出在電火花表面強化過程中不僅存在熱沖擊還涉及強化層化學成分的變化，強化層化學成分的改變會產(chǎn)生較大的失配應力�？紤]上述情況，本文利用JMatPro軟件擬合材料參數(shù)，采用順序耦合分析求解工件在單脈沖電火花表面強化作用下的溫度場及結(jié)構(gòu)場。 利用Abaqus有限元軟件構(gòu)建工件熱傳導數(shù)學模型，，模擬脈沖放電加熱過程中工件溫度場的變化情況，計算獲得強化層深度；利用脈沖放電工件的溫度場結(jié)果作為載荷來模擬工件表面應力場的變化規(guī)律；利用放電加熱結(jié)束時的工件溫度場載荷來模擬冷卻過程的熱傳導過程，獲得冷卻過程的溫度場變化情況；利用冷卻過程中工件的溫度場載荷、放電結(jié)束時的應力場載荷來模擬冷卻過程工件表面結(jié)構(gòu)場變化規(guī)律。 最后，分析電火花強化工藝參數(shù)對工件表面溫度場、結(jié)構(gòu)場及表面質(zhì)量的影響，得出工藝參數(shù)對熱應力、殘余應力及表面裂紋的影響規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：鈦合金 電火花表面強化 數(shù)值仿真 強化層 表面質(zhì)量
【學位授予單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG661
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 TC4 鈦合金簡介11-12
• 1.2.1 TC4 鈦合金的性質(zhì)11
• 1.2.2 TC4 鈦合金的應用11-12
• 1.2.3 TC4 鈦合金的失效形式12
• 1.3 電火花表面強化加工簡介12-16
• 1.3.1 電火花表面強化基本原理12
• 1.3.2 電火花表面強化研究現(xiàn)狀與發(fā)展12-14
• 1.3.3 電火花加工特點與局限性14-15
• 1.3.4 電火花強化表面缺陷研究15-16
• 1.4 鈦合金材料參數(shù)計算16
• 1.5 有限元技術(shù)在電火花表面強化中應用16-18
• 1.5.1 電火花加工數(shù)值仿真研究簡介17
• 1.5.2 電火花表面強化溫度場數(shù)值模擬現(xiàn)狀和發(fā)展17-18
• 1.5.3 電火花表面強化結(jié)構(gòu)場數(shù)值模擬現(xiàn)狀和發(fā)展18
• 1.6 研究的主要內(nèi)容18-20
• 第2章 單脈沖電火花表面強化有限元模型建立20-32
• 2.1 材料參數(shù)選用20-23
• 2.1.1 溫度場材料參數(shù)選用20-21
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)場材料參數(shù)選用21-23
• 2.2 熱源模型建立23-26
• 2.2.1 高斯分布熱源23-24
• 2.2.2 工件能量分配比例24-25
• 2.2.3 放電半徑確定25-26
• 2.3 電火花表面強化熱傳導有限元模型建立26-29
• 2.3.1 熱傳導分析理論基礎及微分方程26-27
• 2.3.2 幾何建模和網(wǎng)絡劃分27-28
• 2.3.3 設置分析步與邊界條件28-29
• 2.4 電火花表面強化結(jié)構(gòu)場有限元模型建立29-31
• 2.4.1 熱應力順序耦合分析29-30
• 2.4.2 結(jié)構(gòu)場分析理論基礎30
• 2.4.3 幾何建模和網(wǎng)絡劃分30
• 2.4.4 設置分析步和邊界條件30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 電火花表面強化溫度場分析32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 熱傳導分析基本流程及假設32-33
• 3.2.1 熱傳導分析基本流程32
• 3.2.2 基本假設32-33
• 3.3 熱傳導數(shù)值模擬分析33-36
• 3.3.1 電火花強化過程某時刻溫度分析33-35
• 3.3.2 電火花強化過程某位置溫度隨時間變化分析35-36
• 3.4 探討放電電壓對溫度場影響36-39
• 3.4.1 放電結(jié)束時溫度場對比36-37
• 3.4.2 熔融深度最深時熔池對比37-39
• 3.5 探討放電脈寬對溫度場影響39-42
• 3.5.1 放電結(jié)束溫度場對比39-40
• 3.5.2 熔融深度最深時熔池對比40-42
• 3.6 探討強化層碳含量對溫度場影響42-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第4章 電火花表面強化過程結(jié)構(gòu)場分析44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 結(jié)構(gòu)場分析基本流程及假設44-45
• 4.3 結(jié)構(gòu)場計算數(shù)值模擬分析45-47
• 4.3.1 電火花強化過程不同時刻結(jié)構(gòu)場分析45-46
• 4.3.2 電火花強化過程節(jié)點應力隨時間變化分析46-47
• 4.4 探討放電電壓對結(jié)構(gòu)場影響47-49
• 4.4.1 脈沖放電結(jié)束結(jié)構(gòu)場分析47-48
• 4.4.2 冷卻結(jié)束結(jié)構(gòu)場分析48-49
• 4.5 探討放電脈寬對結(jié)構(gòu)場影響49-52
• 4.5.1 脈沖放電結(jié)束結(jié)構(gòu)場分析49-51
• 4.5.2 冷卻結(jié)束結(jié)構(gòu)場分析51-52
• 4.6 探討強化層碳含量對結(jié)構(gòu)場影響52-53
• 4.7 本章小結(jié)53-54
• 第5章 熱裂紋等表面缺陷的影響因素54-58
• 5.1 從試驗角度分析電火花強化表面缺陷54-55
• 5.2 從有限元角度分析電火花強化表面缺陷55-57
• 5.2.1 電火花表面強化過程不同時刻應力變化55-56
• 5.2.2 分析軸向應力對工件表面缺陷影響56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 第6章 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58
• 6.2 展望58-60
• 參考文獻60-64
• 致謝64-65
• 申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)成果65-66
• 附錄66-67

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：748311