熱處理仿真 ansys
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
熱處理仿真 ansys的視頻教程
Icepak 熱仿真流程及前處理技巧介紹
適用人群：Icepak 初學者、散熱行業從業人員 Icepak 熱仿真流程及前處理技巧介紹（上）（免費） 【已結束】 直播時間：2021-10-20 19:30 Ansys系列直播第二節《Fluent紊流模型及其應用》 ▲點擊報名：https://www.yqgqt.org.cn/live/10915 第三節《Ansys Apdl 前處理介紹——
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熱處理仿真 ansys的實例教程
經鏈式仿真驗證，優化后連桿在以下方面均得到明顯改善：
模鍛后溫度場分布更均衡
再加熱階段截面均熱一致性提升
水淬冷卻路徑差異明顯縮小
馬氏體轉變更加同步，局部組織異常減少
熱處理后最大變形預測值下降
關鍵區域殘余應力峰值明顯減弱
04結果驗證：產品穩定性顯著提升
優化方案落地后，項目組對量產連桿進行了批量抽檢驗證。結果顯示，在保持既有設備和核心工藝路線不變的條件下，產品穩定性得到明顯提升。
檢測樣本：1500件
改善效果：
硬度超差/波動偏大比例：由3.6%降至1.2%
淬火變形超差比例：由3.2%降至0.9%
組織異常或局部淬硬不足比例：由2.3%降至0.8%
綜合來看，連桿熱處理后相關異常比例下降約6.7%，基本解決了長期困擾客戶的硬度離散、局部組織不穩和淬火變形偏大等問題。更重要的是，本項目證明了：對于發動機連桿這類典型鍛件，單獨分析熱處理往往是不夠的，只有將模鍛成形與熱處理過程打通，才能真正找到質量波動的根源。
經驗小結
對45鋼發動機連桿而言，熱處理質量很大程度上取決于模鍛后的初始狀態控制。
連桿大小頭與桿身截面差異明顯，必須重視鍛后溫差和再加熱均熱的一致性。
水淬質量不僅受溫度制度影響，更受入水姿態、換熱條件和操作節拍影響。
鏈式仿真能夠把鍛造殘余應力、組織繼承與淬火變形關聯起來，是提升此類鍛件工藝穩定性的有效工具。
從“模鍛仿真—熱處理仿真—現場驗證—批量固化”建立閉環，是汽車發動機關鍵鍛件質量優化的重要方向。
展開 海克斯康工業軟件旗下Simufact Forming仿真軟件，能夠對零部件的成形過程進行仿真分析，預測成形過程中材料與模具設計的諸多問題，例如折疊、填充不滿、模具應力分布等問題，助力工程師對工藝及模具進行優化，同時軟件能夠進行熱處理工藝仿真分析，預測零部件在熱處理過程中變形、殘余應力、相變的演化過程，對熱處理工藝的改善起到一定指導作用。
本期直播，海克斯康工業軟件工藝仿真專家將結合經典行業案例展示成形及熱處理仿真方案，同時帶來全新模具壽命分析方案的介紹，歡迎預約報名！
11月9日 14:00
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直播內容聚焦
成形工藝仿真：對材料成形過程進行精確仿真
預測成形過程中材料流動所致的折疊、填充不滿等問題
熱處理工藝仿真：熱處理所致的零部件變形、應力集中、相變等關鍵結果仿真
預測零部件熱處理過程中變形、應力及相變的演化過程，為優化工藝及模具提供參考
新功能簡介：全新升級的模具壽命仿真模塊
海克斯康金屬成形工藝仿真軟件
涵蓋了成形工藝技術的諸多重要領域：熱鍛造、冷成形、擠壓成形、鈑金成形、軋制、環軋、旋壓、自由鍛等。
可以幫助用戶對成形過程的成形缺陷、微觀組織、模具應力、材料流動以及常規熱處理和感應加熱等工藝過程中的材料性能變化及零部件變形進行預測。
展開 摘 要：帶內螺紋的精密零件在經歷淬火-低溫回火的熱處理后發生了輕微的畸變，但是對于精密工程而言(如火箭發動機等),這些輕微畸變將會導致后續在裝配過程出現無法裝配的嚴重后果。使用有限元軟件及其子程序，考慮了應力影響相變和相變塑性，計算得到了熱處理過程中的溫度場、應力應變場，以及熱處理后的殘余應力分布和零件畸變，該畸變與生產過程中的裝配結果所顯示的畸變基本一致。針對裝配困難問題，結合數值模擬分析結果，提出了一些改進生產工藝控制零件畸變的建議。
關鍵詞：內螺紋;熱處理畸變;淬火-回火;有限元仿真;
熱處理對于鋼制零件的加工來說是一個非常重要的最終加工工藝，被用來改進材料的力學性能[1]。熱處理之后，材料的性能會發生變化， 零件也可能產生畸變。在工業生產領域，對于測量這些畸變，花費了大量人力財力，提出了許多方法，但是目前仍很難準確地預測熱處理畸變。有限元仿真方法通過基于物理模型的數值計算可以給出每一個時刻的應力應變場、溫度場和組織場，給企業科研人員的生產決策提供理論基礎，在熱處理研究中越來越成為強有力的分析工具。
控制零件的性能和形狀是熱處理的首要目標。當前很多學者對熱處理過程的有限元分析做了大量的工作。日本的Gur and Tekkaya開發了有限元新模型用來計算軸對稱零件的溫度場和應力應變場[2]。Caner Simsir等使用三維有限元軟件模擬了淬火過程，并且研究了考慮殘余應力對軸對稱零件熱處理過程數值計算的影響[3]。Fukumoto等[4]通過ABAQUS軟件對螺旋齒輪的滲碳和淬火過程的畸變進行了研究。Lee等[5]研究了熱處理過程的力學性能變化，并使用ABAQUS軟件對HSLA鋼的熱處理過程進行了有限元仿真。
展開 今日為您介紹ESI集團焊接模擬仿真軟件SYSWELD 2019在熱處理仿真的進一步優化，工藝工程師可以在工藝開發階段創建更加真實的虛擬結構來代替實驗，提高產品制造質量及縮短開發周期。
SYSWELD是一款專注于焊接結構件及裝配件材料特性、微觀組織、殘余應力及變形分析的焊接及熱處理仿真軟件。它可以用于不同的焊接方法（弧焊、電子束焊、激光點焊等）、熱處理（滲碳、碳氮共滲、淬火）、相關物理現象（化學、熱、相變、力學）的仿真分析。
在最新版中，ESI集團增強了SYSWELD2019的焊接及熱處理仿真能力，進一步提高了材料特性、殘余應力、變形的預測能力，為構件尺寸工差和產品性能控制提供幫助。
最新版對網格能力進行了更進一步的增強，顯著降低焊接及熱處理網格劃分的時間。
新版本支持新的接觸算法NIT3D，利用該算法可以考慮部件局部熔化的接觸行為。新版本還支持熱處理-機加鏈式仿真分析。新版本支持多工序仿真過程中焊接及熱處理仿真數據的智能傳遞。
SYSWELD的價值在于通過考慮焊接、焊接裝配、熱處理的鏈式仿真來減少傳統物理實驗，控制優化材料特性、焊接順序及焊接完整性，提高產品質量、性能和服役時間。
來源： ESI集團
展開 01
概述
OVERVIEW
對于齒輪的感應加熱熱處理過程，本文通過循環對稱齒輪模型的感應加熱案例簡單介紹Marc的相變熱處理仿真方法和流程。
循環對稱模型仿真須滿足模型結構和邊界條件都遵循循環對稱條件，從而在很大程度縮減模型規模、簡化模型，減少求解時間和內存需求，實現更精細的網格，更詳細地研究模型。
在整體齒輪簡化為循環對稱的模型后，進行感應加熱，淬火連續工藝過程仿真，發現齒輪淬火導致奧氏體向馬氏體的轉換，從而在相變區域獲得更好的材料性能；但也會在齒輪內部引入各種殘余應力，從而改變其機械性能。
02
模型建模細節
Model modeling details
齒輪有18個齒，采用循環對稱只建立一個齒牙，再進行厚度方向對稱定義，然后進行有限元網格劃分。感應加熱階段，電磁線圈內定義150kHz頻率的1200A感應電流進行齒輪加熱，加熱時間2s，然后關閉感應線圈，進行淬火冷卻，冷卻時間7s內。
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形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
從智能手機的熱交互、緊湊外殼內的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業設備耐候性等復雜現實場景，通過熱仿真技術，工程師能夠精準預測設計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產品的效率、可靠性與安全性，從而在研發早期快速調整設計方案，實現產品的最佳性能表現。
Ansys應用類系列網絡研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復雜熱管理問題中的實際應用
連桿作為發動機曲柄連桿機構中的關鍵受力件，對強度、硬度、組織一致性以及尺寸穩定性要求極高，一旦模鍛流線、殘余應力或淬火冷卻控制不當，極易在后續機加工和裝配過程中暴露出質量波動問題，影響裝機一致性與批量交付穩定性。
從 1200℃ 模鍛到 850℃ 水淬，如何系統降低硬度離散、組織異常與淬火變形？
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
太陽能電池板將太陽能轉化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩態下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應。
目標
觀察由于一個發熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
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微電子元件是冷卻系統中的一個關鍵鏈路。由于反復接通和斷開電源，微電子元件受
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到熱循環的作用，因此，焊點處出現裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導
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表面貼裝制造被廣泛用于組裝片式電阻封裝，能夠將電子元件直接貼裝在印刷電路板（PCB）的表面。對更小的手持設備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發了對焊點熱疲勞壽命以及故障發生情況的擔憂。
表面貼片電阻會受到熱循環的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結構上產生熱應力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環節，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產生稱為蠕變的變形
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態焊接技術，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產生熱量。工件材料的塑性變形也會產生額外的熱量。產生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度
絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導通強電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關以及隨后電流密度和熱源的增減會導致模塊以循環的方式加熱和冷卻。這種反復的熱膨脹和機械變形會導致機械疲勞[1]，
用于仿真的幾何形狀包含一個單元的耦合組件，以及一段連接到電源的
槽間母線板。它由陽極頂部和四個中心柱組成，柱上固定著銅棒和銅條。
施加直流電流及溫度，以及對流散熱等邊界條件。
