材料加工过程的数值模拟之温度场数值模拟(92页).ppt

材料加工过程的数值模拟
第二章:温度场数值模拟
魏艳红
教学目的
掌握基本的传热知识
了解热加工过程模拟的研究现状和发展趋势
了解传热问题的数值计算方法
掌握实际热加工过程温度场数值模拟的基本步骤
先修课程
传热学
高等数学
线性代数
数值分析
热加工基本理论
材料基础知识
参考书目
铸件凝固过程数值模拟,陈海清等,重庆大学出版社,1991(TG21-C4-2)
焊接热过程数值分析,武传松,哈工大出版社,1990(TG402-N74)
计算机在铸造中的应用,程军,机械工业出版社,1993(TG248-C73)
计算传热学,郭宽良,中国科学技术大学出版社,1988(TK124-43-G91)
焊接热效应,[德],机械工业出版社,1997
2-1 热加工过程模拟的研究现状热加工过程模拟的意义
材料热加工
铸造:液态流动充型、凝固结晶等;
锻压:固态流动变形、相变、再结晶等;
焊接:熔池金属熔化、凝固结晶;热影响区金属经历不同的热处理过程;
热处理:相变、再结晶等;
特点:复杂的物理、化学、冶金变化
热加工过程目的
获得一定的形状、尺寸、成分和组织
成为零件、毛坯、结构
2-1 热加工过程模拟的研究现状热加工过程模拟的意义
热加工过程的结果
成型和改性:使材料的成分、组织、性能最后处于最佳状态
热加工工艺设计
根据所要求的组织和性能,制定合理的热加工工艺,指导材料的热加工过程
热加工工艺设计存在的问题
复杂的高温、动态、瞬时过程:难以直接观察,间接测试也十分困难
建立在“经验”、“技艺”基础上
2-1 热加工过程模拟的研究现状热加工过程模拟的意义
解决方法
热加工工艺模拟技术:在材料热加工理论指导下,通过数值模拟和物理模拟,在实验室动态仿真材料的热加工过程,预测实际工艺条件下的材料的最后组织、性能和质量,进而实现热加工工艺的优化设计
热加工过程模拟的意义
认识过程或工艺的本质,预测并优化过程和工艺的结果(组织和性能)
与制造过程结合,实现快速设计和制造
2-1 热加工过程模拟的研究现状热加工过程模拟的发展历程
60年代(起源于铸造)
丹麦的Forsund首次采用有限差分计算了铸件凝固过程的传热。
美国随后进行了大型铸钢件温度场的数值模拟
70年代(扩展)
更多的国家加入
扩展到锻压、焊接和热处理
80年代以后(迅速发展)
1981年开始,每两年举办一次铸造和焊接过程的数值模拟国际会议
1992年开始,每两年举办一次焊接过程数值模拟国际大会
目前(成为研究热点)
国家攀登计划
973基础研究计划
2-1 热加工过程模拟的研究现状热加工过程模拟的发展趋势
宏观中观微观
宏观:形状、尺寸、轮廓
中观:组织和性能
微观:相变、结晶、再结晶、偏析、扩散、气体析出
单一、分散耦合集成
流场温度场
温度场应力/应变场
温度场组织场
应力/应变场组织场
2-1 热加工过程模拟的研究现状热加工过程模拟的发展趋势
重视提高数值模拟的精度和速度
重视精确的基础数据获得与积累
与生产技术其他技术环节集成,成为先进制造技术的重要组成
与产品设计系统集成
与零件加工制造系统集成