有限元分析Word文件下载.docx
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一、问题描述
对法兰盘进行表面感应淬火是一种工程中常用的热处理工艺，其原理是使用感应器来对工件的局部进行加热，然后迅速冷却，从而使工件表面产生残余应力，抵消工作载荷所产生的部分拉应力。
表面感应淬火可以显著提高法兰盘的弯曲疲劳抗力和扭转疲劳抗力，表面产生的马氏体也具有更好的耐磨性。
此法兰盘经过表面淬火后，淬火层为内圆角区域，查找资料得到法兰盘内圆角表面残余压应力约为-420MPa。
该法兰盘一端固定，另一端的整个端面收到向下的面载荷p=100MPa。
内孔直径为24mm，材料弹性模量210000MPa，泊松比为0.3，线胀系数为1.35e-5/℃。
二、建立模型
1、创建部件及定义材料和截面属性
导入CAD平面图，在Part功能模块中通过将平面图旋转180°
创建试样如图1，
（a）（b）
图1
进入Property功能模块，设置材料弹性模量210000MPa，泊松比0.3及线胀系数1.35e-5，如图2。
（a）弹性模量及泊松比（b）线胀系数
图2
完成材料定义后在Assembly功能模块中，创建实体如图3
图3
2、划分网格
首先需要在Mesh功能模块中选择Object中的Part：
Flange将部件的截面进行分割，进而分割部件，如图4所示：
（a）（b）截面分割
（c）部件分割
图4
完成部件分割之后，要设置全局种子为2.8，并设置淬硬层区域单元大小为1.5，布置边上的单元数为30，如图5
（a）设置全局种子
（b）淬硬层单元大小（c）边上单元数
图5
由于淬硬层以外图6（a）与淬硬层图6（b）的网格参数不同，分别进行设置，
（a）淬硬层以外网格参数
（b）淬硬层网格参数
图6
最后设置单元类型为二次单元如图7
图7
完成对工件的网格划分，最终显示为如图8
图8
3、设置分析步
然后对该模型设置三个分析步依次为HighTemper-Noload，HighTemper-WithLoad，LowTemper-WithLoad如图9
图9
4、定义集合、面
在Load功能模块中创建以下四个集合，如图10所示：
图10
5、定义温度场
在Load模块中定义温度差，由于淬硬层与淬硬层以外的区域温度变化不同，在淬硬层初始温度为20°
，在以上所设置的第一，第二分析步中温度升高至120°
，到第三个分析步中，温度又改为了20°
如图11。
（a）定义温度场淬硬层温度
（b）淬硬层与淬硬层以外的温度场定义完成
图11
6、定义边界条件和面载荷
完成以上操作后，最后就是定义边界条件和面载荷，如图12
图12定义面载荷
三、求解结果及分析
变形前的云纹图如图13所示
图13变形前的云纹图
在完成分析后，在Visualization功能模块中，点击Results→FieldOutput，选择输出变量如图15（a），得到图15（b）的云纹图结果，再对模型的节点编号如图15（c）以便于查看个节点的应力情况，可以看到内圆角表面处565节最小主应力
=-416MPa，560号节点的
=-276MPa.
（a）输出变量选择
（b）第一分析步的最小主应力即残余压应力的云纹图
（c）节点编号
图14
在第二个分析步HighTemper-WithLoad中，依然存在着残余应力，565号节点的残余应力为
=-3MPa，560号的
=412MPa，如图15
图15
最后在第三个分析步LowTemper-WithLoad中已没有残余应力，565号节点的最大主应力
=222MPa，560号节点
=683MPa。
如图17
图16
分析结果小结，由以上的分析结果可以看出，残余压应力显著降低了应力集中处的最大主应力，在560节点出最大主应力降低了683MPa-412MPa=271MPa，大致等于残余压应力的值276MPa。
四、总结
通过此次的论文写作，使我对有限元分析的理论有了更深一步的了解和掌握，也对有限元分析软件ABAQUS的操作有了初步的了解。
在使用ABAQUS中进行热应力分析中，对网格的划分有着至关重要的作用，该法兰盘的热应力分析中也要十分注意对模型的各个不同区域定义不同的温度场。
参考文献
[1]曾攀．有限元分析及应用．北京：
清华大学出版社，2004.
[2]石亦平周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解.北京：
机械工业出版社，2014.
[3]庄茁.基于ABAQUS的有限元分析和应用.北京：
清华大学出版社，2009.
部分IPN文件
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