材料科学与工程学院2015年6月

计算机在材料学中的应用

综合作业

班 级：金属材料工程1201班组 长：林 鑫(201265052)联系方式：林 组 员：李开妍(201265108)范晓晴(201265031)崔 岩(201265051)李 飞(201265068) PAGE \* MERGEFORMAT - 29 -

PAGE \* MERGEFORMAT - 1 -

目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc421276761" 一、传热学模型建立 PAGEREF _Toc421276761 \h - 2 - HYPERLINK \l "_Toc421276762" (一)【模型一】平板焊接过程的二维温度场的数值模拟 PAGEREF _Toc421276762 \h - 2 - HYPERLINK \l "_Toc421276763" (二)【模型二】立方体淬火过程三维非稳态温度场的有限差分计算 PAGEREF _Toc421276763 \h - 5 - HYPERLINK \l "_Toc421276764" (三)【模型三】平板激光淬火过程的三维温度场数值模拟 PAGEREF _Toc421276764 \h - 9 - HYPERLINK \l "_Toc421276765" (四)【模型四】长方体正火过程三维非稳态温度场的有限差分计算 PAGEREF _Toc421276765 \h - 14 - HYPERLINK \l "_Toc421276766" (五)【模型五】端淬实验的数值模拟 PAGEREF _Toc421276766 \h - 18 - HYPERLINK \l "_Toc421276767" 三、计算机模拟计算·结果处理 PAGEREF _Toc421276767 \h - 26 - HYPERLINK \l "_Toc421276768" 四、团队工作情况 PAGEREF _Toc421276768 \h - 29 - HYPERLINK \l "_Toc421276769" 五、成员投入程度评定排序 PAGEREF _Toc421276769 \h - 30 - HYPERLINK \l "_Toc421276770" 六、总结与体会 PAGEREF _Toc421276770 \h - 31 -

一、传热学模型建立(一)【模型一】平板焊接过程的二维温度场的数值模拟1.模型的建立二维模型的假设： 1. 材料表面热物性参数不随温度变化。 2. 不考虑相变潜热。 3. 考虑工件的辐射与空气的对流换热。 4. 焊接热源能量分布为高斯分布。 5. 材料各向同性。 6. 工件为二维有限大物体。(Z方向厚度不计)2.热传导方程采用直角坐标系，则材料内部热传导方程为：

式中， QUOTE ，为材料热扩散率，ρ为密度， QUOTE 为比热，λ为热传导率，T为温度，t为时间。材料的热物性参数，比热 QUOTE ，热传导系数λ和密度ρ均不随温度变化。3.边界条件上表面： QUOTE 其它表面： QUOTE 式中，T是工件表面的温度，Ta是环境温度。n是其它表面的外法线方向。h是材料表面总的换热系数，包括空气对流和热辐射换热。h= QUOTE + QUOTE ， QUOTE 为对流换热系数， QUOTE 为辐射换热系数。q(x,y,t)为焊接热源能量分布函数

P为热源有效功率， QUOTE 为热源半径，v为热源运动速度。4.有限差分方程由于对称性，取工件整体区域的一半求解。X方向节点数为N1，Y方向节点数为N2。X方向步长为△x，Y方向步长为△y，时间步长为△t。热源沿X方向运动。

内部节点差分方程：

令 QUOTE ， QUOTE ， QUOTE ，则内部节点差分方程变为：

四条线边界节点的差分方程：

四个角边界节点的差分方程：

(二)【模型二】立方体淬火过程三维非稳态温度场的有限差分计算1.模型的建立钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺，，以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳