熱機械模擬的案例
使用 Simufact Welding 2024.2 進行電弧焊接過程熱機械模擬 ￥10
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使用 Simufact Welding 2024.2 進行電弧焊接過程熱機械模擬
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2025年7月9日
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焊接仿真軟件在現代工程實踐中的價值日益凸顯，它無需進行物理試驗即可預測溫度場、殘余應力和變形。在本項目中，我們采用 Simufact Welding 2024.2 軟件，通過熱機械方法對電弧焊工藝進行建模和分析。該模型涉及兩塊由 S235-JMP-MPM-sw 鋼制成的鋼板，以及由虛擬機器人應用的單焊道軌跡。
展開 機械零件為什么要進行熱處理，機械小白急需的資料？
為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。
另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。
熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。
熱處理的作用就是提高材料的機械性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和最終熱處理。
1.預備熱處理
預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。
（1）退火和正火
退火和正火用于經過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。
（2）時效處理
時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。
為避免過多運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。
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為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。
另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。
熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。
熱處理的作用就是提高材料的機械性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和最終熱處理。
1.預備熱處理
預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。
（1）退火和正火
退火和正火用于經過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。
（2）時效處理
時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。
為避免過多運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。
展開 【機械加工】機械加工中熱處理工序放在哪一步？看完就清楚多了
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機械零件的材料及毛坯類別選定之后，欲使零件實現所要求的力學性能，則主要靠熱處理工藝來保證。因此必須根據熱處理目的和工序作用，合理安排熱處理工序在加工工藝路線中的位置。
(1)預備熱處理的工序位置
包括退火、正火、調質等。
工序位置：一般均緊接毛坯生產之后、切削之前，或粗加工之后、精加工之前。
退火和正火的工序位置
一般安排在毛坯生產之后、切削加工之前。
處于精密零件，為了消除切削加工殘余應力，在切削加工工序之間還應安排去應力退火。
工藝路線安排為：
毛坯生產（鑄、鍛、焊、沖壓等）——退火或正火——機械加工
調質的工序位置
這種熱處理既可作為最終處理，又可為以后表面淬火或易變形零件的整體淬火作好組織準備。
位置：一般安排在粗加工之后、精加工或半精加工之前。
一般的工藝路線應為：
下料——鍛造——正火（退火）——機械粗加工（留余量）——調質——機械精加工
（2）最終熱處理的工序位置
包括各種淬火、回火及化學熱處理等。
零件經這類熱處理后硬度較高，除磨削外，不適宜其他切削加工。
工序位置：應盡量靠后，一般均安排在半精加工之后、磨削之前。
整體淬火與表面淬火的工序位置安排基本相同。
展開 
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機械零件為什么要進行熱處理？
為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。
另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。
熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。
熱處理的作用就是提高材料的機械性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和最終熱處理。
1.預備熱處理
預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。
1）退火和正火
退火和正火用于經過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。
2）時效處理
時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。
為避免過多運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。
展開 ZEMAX | 如何設置鏡頭卡口的機械參考以進行熱分析
OpticStudio 可以對光學系統的熱變化進行建模。本文介紹了 OpticStudio 用于鏡頭卡口的默認機械參考設置，以及如何在序列模式下進行更改。
（聯系我們獲取文章附件）
簡介
在序列模式下，"熱生成"工具允許在具有不同溫度的多個環境中對系統進行建模。它可以與虛擬表面結合使用，以顯示系統在經歷熱變化時如何變化。本文簡要描述了如何設置虛擬表面以表示鏡頭卡口，以及如何使用"生成熱"工具觀察系統的多種配置。
鏡頭卡口的默認機械參考
鏡頭卡口的默認接觸方式如下圖所示。前一片鏡片的后表面和后一片鏡片的前表面與卡口有物理接觸（綠色陰影）。
下面的動圖顯示了光學元件和卡口是如何隨著溫度的變化膨脹和收縮的。
改變鏡頭卡口的默認機械參考
有時，卡口和鏡頭之間的機械參考（接觸點）并不一定是上述默認情況。例如，在上面的布局中，讓卡口接觸右邊透鏡的右表面。這可以通過使用額外的虛擬表面來實現。
展示熱變化的示例
讓我們修改一個系統，使卡口與右鏡片的后表面接觸。打開附加的示例文件 "rear_mount_sample_1.zar"。修改鏡頭數據編輯器，如下所示。
這個系統模擬的正常中心間距是100mm。請注意墊片（表面#2）一直延伸到鏡頭的背面，其厚度為140而不是100。在任何溫度下，表面#3上的虛擬傳播需要與表面#4的厚度相同；因此，表面#3的 TCE 必須與 N-BK7 玻璃的 TCE 相同。玻璃的 TCE 在玻璃目錄中指定，對于 N-BK7，它是 7.1。在 LDE 中表面 #3 的 TCE 列中輸入此值。
使用“熱生成”工具，以不同溫度創建多重結構。
展開 機械的靈魂——熱處理知識,燃燒吧!
稍有機械知識的人應該知道，熱處理是賦予機械內在質量的靈魂，我國的機械加工并不差，但是熱處理水平還尚待提升，燃燒吧，機械人當自強！
金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。
熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理等。
整體熱處理
整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可。
退火：
是將工件加熱到適當溫度，根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。
正火：
是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善低碳材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
淬火：
是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。
回火：
為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻。
展開 資訊 | 熱處理——所有機械質量的靈魂
2）調整工件的機械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調整，硬度，強度，塑性和韌性。
3）穩定工件尺寸。通過回火可使金相組織趨于穩定，以保證在以后的使用過程中不再發生變形。
4）改善某些合金鋼的切削性能。
在生產中，常根據對工件性能的要求。按加熱溫度的不同，把回火分為低溫回火，中溫回火，和高溫回火。淬火和隨后的高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質，即在具有高度強度的同時，又有好的塑性韌性。主要用于處理隨較大載荷的機器結構零件，如機床主軸，汽車后橋半軸，強力齒輪等。
什么叫淬火？
淬火是把金屬成材或零件加熱到相變溫度以上，保溫后，以大于臨界冷卻速度的急劇冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。淬火是為了得到馬氏體組織，再經回火后，使工件獲得良好的使用性能，以充分發揮材料的潛力。其主要目的是：
1）提高金屬成材或零件的機械性能。例如：提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機械性能等。
2）改善某些特殊鋼的材料性能或化學性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。
淬火冷卻時，除需合理選用淬火介質外，還要有正確的淬火方法，常用的淬火方法，主要有單液淬火，雙液淬火，分級淬火、等溫淬火，局部淬火等。
“四把火”的區別與聯系
正火有以下目的和用途。
① 對亞共析鋼，正火用以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織；細化晶粒；并可作為淬火前的預先熱處理。
② 對過共析鋼，正火可以消除網狀二次滲碳體，并使珠光體細化，不但改善機械性能，而且有利于以后的球化退火。
展開 熱-機械疲勞分析模塊，Fe-safe/TMF?
熱-機械疲勞分析模塊，Fe-safe/TMF?
1、概述
考慮浮動溫度和應力對結構的共同影響，提供快速精確的疲勞壽命分析。可以考慮應變率和瞬態溫度對循環應力-應變響應的影響，也可以考慮瞬態溫度對應變-壽命曲線的影響，以及考慮在每個循環中的應力和溫度的相位關系的影響，支持體積應力放寬，該模塊還可以計算應變老化對疲勞強度的影響。
對于組件同時遭受溫度和應力交變載荷作用的組件，fe-safe/TMF?是一個理想疲勞分析模塊，例如實現以下組件的熱-機械疲勞分析：
?
活塞；
?
排氣管；
?
汽缸蓋；
?
與蠕變疲勞交互作用不顯著的組件。
2、功能介紹
當存在應力和溫度波動時，產生熱-機械疲勞：
?
包含時間相關的熱-結構疲勞效應（應變率、相位關系、浸濕以及應力松弛等）；
?
相比傳統方法可以得到更可靠和準確的疲勞結果；
?
支持主應變以及鑄鐵算法；
?
允許高頻機械載荷循環疊加在熱載荷循環上。
3、案例分析
（1）活塞疲勞裂紋
其中，第一幅圖是活塞實際的裂紋破壞情況，詳細反映了疲勞裂紋的位置，初始裂紋位置等信息；第三幅圖是疲勞斷面的形狀；第二幅圖是用Fe-safe熱機械疲勞模塊進行疲勞分析后得到的壽命云紋圖，參照第一幅圖裂紋的位置和形狀，可以看出，通過Fe-safe熱-機械疲勞模塊對活塞進行疲勞分析，可以準確地得到初始裂紋的位置等信息，對產品的設計與優化起到非常大的指導作用。
展開 固定管板換熱器的機械場應力分析
換熱管：三角形布管，管間距38㎜，外直徑25㎜，換熱管長度為5000㎜，厚度為2.5mm；共布有336根換熱管（忽略拉桿并代之以換熱管），材料為0Cr17Ni12Mo2，彈性模量E=9.371e4MPa, 泊松比μ=0.3，管板布管圖如圖3所示。
管箱筒體：內直徑為803㎜，管箱長度350㎜，計算厚度為18.5㎜，材料為0Cr17Ni12Mo2，彈性模量為E=2.078e5MPa，泊松比μ=0.3。
以上所有尺寸都是減去腐蝕余量后的尺寸，殼程材料腐蝕余量3㎜，管程材料腐蝕余量1.5㎜，換熱管不必減腐蝕余量。
三、 問題分析
建立如圖4所示的機械應力分析模型（換熱管未畫出，僅以子午面示意）。其中與管板煅件連接的殼程筒體及管程筒體的長度足夠長，遠大于2.5倍的邊緣應力衰減長度，一般而言，當不必考慮兩側管板軸向差異時，才可利用軸向對稱性建模，且殼程分析長度應為殼程總長度的一半。由于主要討論管板及其與兩端筒體連接區的應力分布規律，忽略開孔接管、管箱封頭及支座等。考慮到結構和載荷的對稱性，沿換熱器的縱向對稱面切開取其1/4作為分析模型體。結構縱向對稱面約束了法向位移，殼程筒體橫截面約束了軸向位移，箱管筒體斷面施加相應的軸向平衡力。換熱管內表面可以時間管程壓力，外表面可以施加殼程壓力，管板兩側分別施加SOLID45單元進行機械應力分析。
四、 有限元分析過程
五、 計算結果分析
應力強度云圖如圖10所示，可見最大應力發生在管板煅件的管程側過渡圓角處。其他可能出現較大應力的位置是管板煅件的殼程側過渡圓角處和管板的主體位置上，為此設定圖11所示的三條評定路徑，進行線性化處理，并給出前三條路徑的計算結果圖標1所示。
展開 
基于ProE平臺下的機械密封熱變形分析
基于ProE平臺下的機械密封熱變形分析
Ansys Zemax | 如何設置鏡頭卡口的機械參考以進行熱分析
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OpticStudio 可以對光學系統的熱變化進行建模。本文介紹了 OpticStudio 用于鏡頭卡口的默認機械參考設置，以及如何在序列模式下進行更改。
簡介
在序列模式下，"熱生成"工具允許在具有不同溫度的多個環境中對系統進行建模。它可以與虛擬表面結合使用，以顯示系統在經歷熱變化時如何變化。本文簡要描述了如何設置虛擬表面以表示鏡頭卡口，以及如何使用"生成熱"工具觀察系統的多種配置。
鏡頭卡口的默認機械參考
鏡頭卡口的默認接觸方式如下圖所示。前一片鏡片的后表面和后一片鏡片的前表面與卡口有物理接觸（綠色陰影）。
下面的動圖顯示了光學元件和卡口是如何隨著溫度的變化膨脹和收縮的。
改變鏡頭卡口的默認機械參考
有時，卡口和鏡頭之間的機械參考（接觸點）并不一定是上述默認情況。例如，在上面的布局中，讓卡口接觸右邊透鏡的右表面。這可以通過使用額外的虛擬表面來實現。
展示熱變化的示例
讓我們修改一個系統，使卡口與右鏡片的后表面接觸。打開附加的示例文件 "rear_mount_sample_1.zar"。修改鏡頭數據編輯器，如下所示。
這個系統模擬的正常中心間距是100mm。請注意墊片（表面#2）一直延伸到鏡頭的背面，其厚度為140而不是100。在任何溫度下，表面#3上的虛擬傳播需要與表面#4的厚度相同；因此，表面#3的 TCE 必須與 N-BK7 玻璃的 TCE 相同。玻璃的 TCE 在玻璃目錄中指定，對于 N-BK7，它是 7.1。在 LDE 中表面 #3 的 TCE 列中輸入此值。
使用“熱生成”工具，以不同溫度創建多重結構。如果某一結構的溫度設置與標稱溫度有顯著的區別，則新的 3D 視圖會變得如下圖所示。
展開 OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側 ￥120
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側
旋轉機械：利用STAR CCM+進行渦輪冷卻葉片氣熱耦合計算
本文將演示利用中文版STAR CCM+軟件進行渦輪冷卻葉片氣熱耦合計算的工作過程，計算模型源自STAR CCM Online公眾號的文章：渦輪葉片冷卻。葉片為靜止導葉，內部帶有兩彎三通道的冷卻冷卻結構，前緣通道布置了擾流肋，尾緣通道有圓形的擾流柱，冷氣僅從上緣板的排出，冷氣與燃氣不摻混。計算模型為分為三個域，分別是燃氣、冷氣和固體葉片。葉片和燃氣域兩側均為旋轉周期面。
1.模型導入
新建模擬—選擇并行—邏輯處理器數量（16核）—文件—導入—導入面網格文件“blade.dbs/coolflow.dbs /hotflow.dbs”
2.幾何處理
壓印
為創建交界面共節點網格，必須對不同實體進行壓印操作。操作過程：幾何—操作—新建—布爾運算—壓印—分別壓印“blade/coolflow”和“blade/hot.flow”。
創建周期
計算模型為單個葉片，兩側為周期性邊界，需在幾何操作中創建周期，以便形成共節點網格（與壓印類似）。操作過程：按Ctrl多選blade表面中的Per1/Per2，右鍵創建周期。在接觸—周期轉換中設定成旋轉，燃氣周期域設置方法相同。
3.區域及邊界條件
將幾何中的零部件分配給區域，并自動創建接觸模式界面。
燃氣域
a. 流體入口速度邊界[350, 0, -99]m/s
b. 流體入口溫度邊界：使用表（r）導入溫度場。（首先在工具—表中，將csv文件導入）
c. 流體壓力出口：0 Pa
冷氣域
a. 冷卻空氣入口：速度10.5m/s,溫度354K
b.
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