Моделирование тепловых процессов при поверхностной обработке неоднородных металлических тел высокотемпературным движущимся импульсным источником
Автор: Багмутов Вячеслав Петрович, Захаров Игорь Николаевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.4, 2011 года.
Бесплатный доступ
Разработана математическая модель теплового воздействия концентрированных потоков энергии на неоднородные металлические тела в условиях электромеханической обработки (ЭМО). Рассмотрены особенности постановки и решения трёхмерной задачи теплопроводности при высокоскоростном нагреве и охлаждении тела, включая описание пространственной и временной конфигурации импульсного движущегося источника тепла, учёт скрытой теплоты фазовых превращений и зависимости теплофизических свойств тела от температуры в характерных структурных областях. Полученные численные результаты позволили исследовать закономерности распределения температуры и скорости её изменения от действия движущегося импульсного источника в условиях ЭМО стального образца, имеющего поверхностный слой или покрытие. Показано, что учёт температурной зависимости теплофизических коэффициентов приводит к количественным и качественным поправкам в распределении самой температуры и её градиентов. Использование гиперболического уравнения теплопроводности при анализе процессов ЭМО не вносит существенных уточнений в решение задачи.
Компьютерное моделирование, тепловые процессы, концентрированные потоки энергии, электромеханическая обработка
Короткий адрес: https://sciup.org/14320542
IDR: 14320542 | УДК: [669.14-17:553.56]001.57
Modelling of heat processes during the surface treatment of inhomogeneous metal bodies by a high-temperature moving pulse source
A mathematical model capable of describing the thermal action of concentrated energy fluxes on inhomogeneous metal bodies subjected to electromechanical treatment (EMT) is developed. The peculiarities of formulation and solution of a three-dimensional heat conduction problem under high-speed heating and cooling conditions, including the description of the spatial and time configurations of a moving pulse heat source and the account of the latent heat of phase transformations and the temperature dependence of the thermophysical characteristics of a body in specific structural areas, are considered. The obtained numerical results allowed us to study the temperature distribution mechanisms and the rate of temperature change caused by the action of the moving pulse source on the steel sample with a surface layer or covering subjected to EMT. It is shown that a consideration of the temperature dependence of thermophysical coefficients leads to quantitative and qualitative changes in the distribution of temperature and its gradients. Application of a hyperbolic heat conduction equation to the analysis of the EMT processes provides only an inessential refinement of the problem solution.
Список литературы Моделирование тепловых процессов при поверхностной обработке неоднородных металлических тел высокотемпературным движущимся импульсным источником
- Багмутов В.П., Паршев С.Н., Дудкина Н.Г., Захаров И.Н. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. -Новосибирск: Наука, 2003. -318 с.
- Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. -М.: Машиностроение, 1975. -296 с.
- Барашков А.С. Расчёт теплового процесса упрочнения стали при нагреве равномерно распределёнными источниками//Физика и химия обработки материалов. -2000. -№ 4. -С. 82-89.
- Багмутов В.П., Захаров И.Н. Исследование тепловых процессов при воздействии на материал концентрированных потоков энергии//Физика и химия обработки материалов. -2002. -№ 3. -С. 9-17.
- Поздняков В.А., Александрова Н.М. Оптимизация режимов электронно-лучевой упрочняющей обработки сталей. 1. Поля температур и термоупругих напряжений//Физика и химия обработки материалов. -2004. -№ 5. -С. 61-66.
- Любимова О.Н., Пестов К.Н., Гридасова Е.А. Численное решение задачи о проплавлении металлического слоя при сварке плавлением стекла и металла//Вычисл. мех. сплош. сред. -2010. -Т. 3, № 1. -С. 63-72.
- Dowden J.M. The Mathematics of Thermal Modeling. An Introduction to the Theory of Laser Material Processing. -Boca Raton: Chapman & Hall/CRC, 2001. -292 p.
- Багмутов В.П., Захаров И.Н. Моделирование структурных превращений при электромеханической обработке стали//Физика и химия обработки материалов. -2002. -№ 4. -С.29-32.
- Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. -М.: Едиториал УРСС, 2003. -784 с.
- Шашков А.Г., Бубнов В.А., Яновский С.Ю. Волновые явления теплопроводности: Системно-структурный подход. -М.: Едиториал УРСС, 2004. -296 с.
- Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1977. -736 с.
- Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. -М.: Наука, 1966. -688 с.
- Тихомиров М.Д. Основы моделирования литейных процессов. Тепловая задача//Литейное производство. -1998. -№ 4. -C. 30-34.
- Кидин И.Н. Физические основы электротермической обработки металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1969. -376 с.
- Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. -М.: Машиностроение,1990. -288 с.
- Надольский В.О., Филимонов Н.П., Яковлев С.А. Результаты исследований распределения электрического потенциала в цилиндрической детали при электромеханической обработке//Исследования и разработки в области упрочнения и восстановления деталей машин электромеханической обработкой: Сб. науч. тр. -Ульяновск, 1998. -С. 25-32.
- Калита В.И., Багмутов В.П., Захаров И.Н., Комлев Д.И., Иванников А.Ю. Упрочнение плазменных покрытий электромеханической обработкой//Физика и химия обработки материалов. -2008. -№ 1. -С. 38-42.
