基于marc二次开发的联系铸轧热力耦合分析
基于MARC 二次开发的连续铸轧热力耦合分析
李毅波,李晓谦
(中南大学机电工程学院,湖南 长沙 410083)
摘要:综合考虑辊套与铸轧板的弹塑性变形对温度场和应力场的影响,建立铝带坯双辊连续铸轧过程的二维动态热力耦合计算模型;为了建立铸轧过程复杂的边界条件和热接触条件,采用纯铝高温本构关系和接触热阻数值模型,用F ortran 对M ARC 进行二次开发;采用更新的拉格朗日方法进行分析,得出铝带坯连续铸轧过程的温度场和应力场的分布;分析比较不同铸轧速度对铸轧板坯和铸轧辊温度场和应力场的影响。关键词:连续铸轧;热力耦合;用户子程序;有限元分析
中图分类号:TG 339 文献标识码:A 文章编号:1005-4898(2005)06-0006-04
Thermo -mechanical Coupled Analysis of Continuous C ast
R olling Process Using MARC Subroutines
LI Yi -bo ,LI Xiao -qian
(C ollege of Mechanical and E lectrical Engineering ,Central S outh University ,Changsha 410083,China )
Abstract :C onsidering the contributions of roller shell and elastic -plastic deformation to tem perature field and stree field ,a tw o -dimension dynamic thermal -mechanical coupled com putation m odel was established.F ortran Language was used to make better use of M ARC to simulate the com plex boundary condition and thermal contact condition.The distribution of tem perature field and stress field in continuous cast rolling can be acquired by Lagrangian Method.The effect of various rolling speeds on the tem pera 2ture field and stree field and cast rolled stocks were analyzed and com pared.
K ey w ords :continuous cast rolling ;therm o -mechanical coupled ;user subroutine ;Finite E lement Analysis
收稿日期:2005-10-18
基金项目:国家“863”高技术计划项目“电磁场快速铸轧制备高
性能铝板带材”(2001AA337070)。
作者简介:李毅波(1981-),男,汉族,硕士研究生,主要研究
金属塑性加工的有限元分析。
引言
连续铸轧是一个复杂的物理化学过程,在很短的时间内、很窄的区域里金属液要发生流动-结晶-界面生成-塑性变形等一系列过程。在铸轧过程中,除了温度变化对结构变形和材料性质产生影响外,结构变形反过来也会改变热边界条件,进而影响温度的变化,也就是说温度与位移存在强耦合作
用。MARC 提供了热-机耦合的求解方法,可以同时处理热传导和力平衡两类不同场方程;同时,铸轧过程中,金属要经历从液态到固态的转变过程,由于液固界面处于动态变化中,这就构成了数值仿真的一大难题,目前很多研究都是采取分析材料本构的方法来近似模拟这一变化,而MARC 提供了丰富的用户子程序接口,研究人员可以很方便的将研究成果应用于仿真分析,这一些都是其他有限元软件所无法比拟的。本文利用MARC 分析软件,对其进行二次开发,进行连续铸轧的热力耦合分析。
1 传热控制方程及边界条件
双辊连续铸轧金属的冷却凝固过程从传热学角
?
6?
度上讲是一个三维非稳态传热过程,其传热控制方程可以写成〔1〕〔4〕:
9T
9τ+u z 9T
9z+u r
9T
9r+uθ
1
r
9T
9θ
=α
1
r
9
9r(r
9T
9τ)+
1
r2
(
92T
9θ2
)+
92T
9z2+S t
(1)
……
考虑铸轧过程中宽度方向(z方向)的尺寸远远
大于其它两个方向(铸轧辊的厚度及铸轧区的长度)的尺寸,因而可以忽略宽度方向的传热,上述模型可以简化为二维模型:
9T
9τ+u r 9T
9r+uθ
1
r
9T
9θ
=α
1
r
9
9r(r
9T
9τ)+
1
r2
(
92T
9θ2
)+S t(2)
……………T—温度,τ—时间(S)
α—热扩散率(m2/s),α=k/pc
k,p,c—材料的热导率(W/(m?K))、密度
(kg/m3)、比热容(J/(kg?K))
u r,uθ,u z—铸轧辊或铸坯质点在径向、周向、轴向三个坐标方向的速度分量(m/s)
边界条件可以写成:
(1)铸坯外表面与铸轧辊发生接触对流换热:
k2(9T
9p)=h a(T b-T g)(3)
……………………(2)铸坯入口处,视为等温边界条件:
T=T0(4)……………………………………………
(3)铸坯对称中心线视为绝热条件:
k2(9T
9p)=0 k2(
9T
9θ)=0(5)
………………………(4)辊套外表面,铸轧辊套与环境空气发生对
流、辐射传热:
k1(9T
9p)=h r(T g-T e)(6)
…………………………(5)辊套内表面与冷却水发生对流换热:
k1(9T
9p)=h w(T g-T w)(7)
…………………………(6)铸坯出口处视为绝热状态:
k2(9T
9θ)=0(8)………………………………………
其中,k1、k2分别为铸坯和辊套材料得到导
热系数;h c、h w、h r分别为辊套与铸坯、辊套内表面与冷却水、辊套表面与空气之间的换热系数,且h w=14700W/(m2?K)
h w=1132(ΔT
d
)
1
4+εθφ112(T w2+T2f)(T w+T f)(9)
……
为全辐射系数,对于钢取ε=0156〔7〕,σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数,等于5167×10-8W/(m2?
K4),φ112为角系数,取1,ΔT为物体表面温度与大气温度之差d为辊套的外径;
h c按以下公式确定〔3〕:
结晶区:
h3=1157×10-33(P3)0184+0192×10-3(10)
…
轧制区:h3=01075×(P3)01672(11)
……………
P3为无因次压力,且P3=P/H,P为压力; H为表面显微硬度,且
H=1114×109×exp(1194×
25-T
T m+273115
)(12)
…
T m—熔化温度 h—接触热导
T g、T b—分别为辊面、板面温度(K)
h3—无因次接触热导,且h3=hσ/k m
k m—接触副平均导热系数,
2
k m
=
1
k1
+
1
k2
σ—表面均方根粗糙度,σ=σ
1
2+σ
2
2,σ
1
、
σ
2
分别为两表面的均方根粗糙度—表面轮廓斜率, m=m12
+m22,m1、m2、分别为两表面的表面轮廓斜率
为了将接触热导h c的数值模型应用于有限元分析,必须对MARC进行二次开发,通过F ortran 编写用户子程序uhtcon1f〔11〕.
2 有限元分析模型的建立
为了节约计算资源,取上辊进行分析,考虑辊套的弹性变形对温度场和应力场的影响,将其设定为变形体;铸坯的旋转通过辊芯(其变形可以忽略,刚体)的转动来实现;铸坯的运动通过其与辊套表面的摩擦力来实现。
最后建立的有限元模型如图1。
图1 有限元模型
?
7
?
3 材料性能的处理
与热轧、冷轧不同,连续铸轧过程中,铸坯材料要实现从液态向固态的转变,由于有限元理论尚未解决流-固界面不确定的流-固耦合分析〔2〕,因此直到现在,即使是MARC也尚不能对连续铸轧过程实现真正意义上的流-固-热耦合分析〔9〕。但它却给我们提供了一个近似模拟该过程的入口—通过编写用户子程序,修改材料的本构方程。
本文采用湛利华博士研究出的纯铝高温流变本构模型〔6〕进行分析,该模型如下:
当t≥600℃时:
σ=2137×108×ε018733×exp(-01017×T)
当600℃>t>500℃时:
σ=3171×107×ε016707×exp(-010171×T)
当500℃≥t≥300℃时:
σ=91161×103×sinh-1(ε01443)×exp(-010069×T)
当T<300℃时:
σ=21356×103×ε015345×exp(-010041×T)
其中,σ为材料的流变应力,ε为应变率,t、T分别为摄氏温度和绝对温度根据上述模型,使用F ortran语言编写材料流变本构模型用户子程序urpflo1f〔11〕。
4 计算结果与实验结果的对比
为了进行对比分析,取三种工况进行分析:
工况1:铸轧速度v=315m/min,铸坯厚度h= 3mm,铸轧区长度L=84mm
工况2:铸轧速度v=415m/min,铸坯厚度h= 3mm,铸轧区长度L=84mm
工况3:铸轧速度v=215m/min,铸坯厚度h= 412mm,铸轧区长度L=80mm
三种工况的辊套外径皆为1030mm,辊套厚度都为55mm。工况1和工况3是为了验证模型及分析结果的正确性,工况1与工况2是为了对比分析速度对板坯及铸轧辊的温度场和应力场分布的影响。
采用更新的拉格朗日法,施加上述边界条件及子程序,对模型进行分析,得到仿真结果。图2表示稳态时1、2工况下铸轧板坯的温度场分布;图3表示稳态时1、3
工况下铸轧区内辊套表面法向
a.v=3.5m/min,h=3mm,L=84mm
b.v=4.5m/min,h=3mm,L=84mm
图2
两种工况下板坯温度场分布
a.v=3.5m/min,h=3mm,L=84mm
b.v=2.5m/min,h=4.2mm,L=80mm
图3 两种工况下铸轧区内辊套表面法向接触力y向分力分布
?
8
?
接触力y 向分力分布。
由图2我们可以看出,随着铸轧速度的提高,板出口温度升高,而铸轧力降低。这与接触热导模型时相符的,由接触热导模型,我们可以看出,轧制力降低,接触热导将减小,由此会导致温度的升高。比较图3,我我们还可以发现,随着铸轧速度的提高,结晶区的长度(温度范围614～659摄氏度)明显增加。
为了验证模型的正确性,在国内某铝加工厂采用仿真分析同样的工艺参数,进行了实地工业实验。由于在实验中,板坯温度是在距出口一定距离处(700mm )测得,在仿真计算中将增加从辊缝出口处到实测点处的铸轧坯作为二次仿真计算体,施加辐射对流边界条件,并且让板坯在空气中沿水平方向运动,得到温度的仿真结果;将法向接触力y 向分力和法向摩擦力y 向分力相加,可以得到轧制力。仿真结果与实验结果对比如表1所示。
表1 仿真结果与实验结果的对比
工况
结果温度/℃
轧制力/t
仿真结果实验结果误差仿真结果实验结果误差
工况1318.67304 4.6%1403.71433 2.1%工况3304.28
289
5.3%1275.3
1232
3.5%
注:工况2在测点处温度比工况1反而低是因为工况2在空气中停留的时间比工况1要长。
5 小结
(1)在通过实验得出的材料本构关系和接触热
阻模型的基础上,编写了材料流变本构关系子程序
URPF LO 1F 和计算接触热导系数的子程序UHT 2C ON 1F ;
(2)运用MSC 1MARC 有限元软件,采用更新的拉格朗日方法,加入用户子程序,对铝带坯连续铸
轧过程进行热力耦合分析;
(3)分析了铸轧速度对板坯和铸轧辊温度场和速度场的影响,随着速度的提高,板出口温度升高,轧制力降低;
(4)在同种工况下进行实地工业实验,将实验结果与仿真结果进行对比,验证了仿真模型与结果的正确性。参考文献
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formation.〔M 〕MSC.S oftware.2005
〔10〕Msc.S oftware.Msc.Marc2005(V olume C ):Program Input.
MSC.S oftware.〔M 〕2005
〔11〕Msc.S oftware.Msc.Marc2005(V olume D ):User Subroutines
and S pecial R outines.〔M 〕.MSC.S oftware.2005
纯铝铁复合脱氧剂块获国家专利
(本刊讯)河南省西峡县保护材料集团有限公司
开发的复合脱氧剂块,荣获国家知识产权局授予国家专利。
该专利产品专门用于炼钢生产过程中的脱氧,是纯铝与铁合金两种脱氧剂的更新换代产品。该脱氧剂既克服了纯铝在钢水脱氧中反应激烈、部分铝燃烧造成效率低的弊端,也克服了因铝比重轻,浮在
钢液上部反应的缺陷。这种脱氧剂以纯铝与低碳钢按一定比例混合而成,既增加了比重,又保持了铝的性质,使其加入钢液中能迅速沉入深部,增大反应界面,加快反应速度,同时保持了铝原有的强还原性,具有良好的脱氧性,显示出自身良好的性能,其吨钢耗铝量比原来降低16%以上。
?
9?
ABAQUS顺序热力耦合分析实例
ABAQUS顺序热力耦合分析实例此实例中需要确定一个冷却栅管的温度场分布。温度场的求解采用稳态热分析，在此之后还将进行热应力分析来求出冷却栅管在温度作用下产生的位移和应力分布。由于冷却栅管比较长，并且是轴对称结构，根据上述特点，可以简化有限元分析模型。此实例中使用国际单位制。 1、part中创建轴对称可变形壳体，大致尺寸为1，通过creat line创建一个封闭曲线（0.127,0） （0.304,0）（0.304,0.006）（0.152,0.006）（0.152,0.031）（0.127,0.031）（0.127,0） 使用creat Fillet功能对模型倒角处设置0.005的倒圆角。倒角后，模型并未改变，需要在模型树中，part下的Features右键，Regenerate，最终模型如下图所示。 2、在材料模块中定义密度7800，弹性模量1.93E11，泊松比0.3。所不同的是，热分析还需 要指定热传导系数以及比热。在Thermal里输入参数，热铲刀系数25.96，比热451。 3、创建截面属性以及装备部件，和普通的静力分析设置一样。 4、Step有所不同，分析类型仍为通用分析步，下面要更改为Heat Transfer。在Edit Step窗 口中，使用默认的瞬态分析（Transient），时长设置为3s。切换到Incrementatin进行相应的设置，如下图。
5、Load模块中，设置左边温度为100度，右边及上边温度为20度。Creat BC，类型选择 Other>Temperature。在纯粹的热传导分析方程中，没有位移项，因此不会发生刚体位移，这里也就不需要设置位移边界条件。 6、接下来划分网格，种子尺寸给0.005，单元类型需要在单元族中选择专门用来热分析的 Heat Transfer，查看下面确保使用的单元为DCAX4。使用结构化的全四边形网格划分方法。 7、到此，热分析的设置已经完成，可以提交计算，完成后，查看变量NT11即为节点温度。
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关于钢轨打磨技术的探讨 摘要：本文是通过京九线集中修配合钢轨打磨车施工的实际情况，进行总结。针对钢轨存在的病害，结合钢轨打磨车的工作性能，在钢轨打磨的角度、轮轨接触位置等进行详细介绍，并制定可行的打磨模式，有效控制钢轨伤损发展。 关键词：钢轨病害；打磨；控制 1 引言 钢轨是轨道的主要组成部件，钢轨的作用在于引导机车车辆的车轮前进，直接承受来自车轮和其他方面的各种力，且传递给轨下基础，并为车轮的滚动提供连续平顺和阻力最小的表面，因此，钢轨在铁路运输中扮演着重要的角色并直接关系到运输安全。钢轨的使用寿命主要由磨耗和滚动接触疲劳决定,要延长钢轨的使用寿命，就要在养护维修上下功夫，打磨是钢轨维修中的重要手段之一，因此，确定合理的打磨周期、模式、方法是我们日常工作应该长期摸索、总结的。 2 钢轨表面伤损形式以及危害 机车车辆和线路的相互作用方式是铁路轮轨接触式运输的基本方式。钢轨是承重的主要载体，由于承受多种载荷的作用，致使钢轨下不可避免的产生各种损伤。钢轨伤损的种类很多，常见的主要有波形磨耗、垂磨、侧磨、肥边和钢轨接触疲劳损伤（鱼鳞纹）严重时产生剥离掉块。钢轨的这些
病害就造成了轮轨接触关系的不良，不仅影响列车运行的平稳性，同时还会大幅增加线路养护维修工作量和轨件非正常磨损等问题，造成恶性循环，甚至危及行车安全。 3 钢轨打磨的作用以及方式 钢轨打磨是实现最佳轮轨相互作用的关键，钢轨打磨技术可有效治理和控制钢轨的波磨、表面裂纹、剥离掉块等滚动接触疲劳伤损，改善轮轨接触状况，提高轨道的平顺性，延长钢轨的使用寿命。其主要作用有：控制钢轨接触表面形状，降低接触应力；将钢轨表面的微小裂纹和塑性变形层磨去，提高材料抗疲劳性能；防止由于疲劳而引起的断轨事故；消除波浪磨耗；控制钢轨形状，防止脱轨，减少事故；延长钢轨寿命。 钢轨打磨主要分为预防性打磨和修理性打磨。预防性打磨是一次快速打磨，主要是针对新更换或是状态较好的钢轨，其目的是去除包含微裂纹的脱碳层，同时，形成或保持较为理想的轮廓，消除钢轨顶面的原始不平顺，改善轮轨关系，提高轨面平顺性，延长钢轨使用寿命，96头钢轨打磨车作业，打磨遍数一般为1-2遍，打磨作业速度应控制在13km/h-15km/h。钢轨打磨主要分为预防性打磨和修理性打磨。预防性打磨是一次快速打磨，主要是针对新更换或是状态较好的钢轨，其目的是去除包含微裂纹的脱碳层，同时，形成或保持较为理想的轮廓，消除钢轨顶面的原始不平顺，
蒸汽管道温度损失计算及分析
热水供热管道的温降 1 ?计算基本公式 式中：管道单位长度传热系数w∕'m ?°C tp —管内热媒的平均温度°C tk —环境温度。C G —躺质量流量1? / S O C —热水质量比热容J / Kg. O 1 ——管道长度ni 由于计算统果为每米温降，所以L 取Im 1?2?管道传热系数为 k = ____________________ 1 __________________ g 1 壬 1 ] d i4,1 1 ------------ F > ----------- In E H -------------------- H n ^Zd n ι=ι 1 "w w 式中： J , %—分别为管道内外表面的换了系数w∕m 2?o C dn , 分别为管道（含保温层）内外径m &—管道各层材料的导热系数 w∕m ?°C （仝属的导热系数很高，自 身热阻很小，可以忽略不计）。 1 —管道各层材料到管道中心的距离m 1?1温损计算公式为: At=kg(tp-tQ 1 G ?C
J 2.1内表面换热系数的计算 根据H.Hansen的硏究结果”管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算: Pr为普朗特常数查表可得，本文主要针对供水网温度和回水网温度进行查找得： 90摄氏度时Pr=1.95;S 75摄氏度时Pr=2.38; 2?2外表面换热系数的计算 由于采用为直埋方式，管道对土壤的换热系数有： 式中： 人一管道埋设处的导热系数。 Ilt—管道中心到地面的距离。 3 ?假设条件： A. 管道材料为碳钢（w"5% ） B. 查表得：碳钢在75和90摄氏度时的昙热系数A都趋近于 36.7 w∕m?°C
钢轨打磨作业标准及流程
钢轨打磨作业标准及流程
轨面打磨作业标准 一、作业条件 1．利用维修天窗作业； 2．在车站《运统－46》登记，带班人不低于班长。 二、作业程序 1．作业准备 （1）工具：平面打磨机、1m直尺、起道机、冲击镐、塞尺、道尺、弦线，钢板尺、护目镜和石笔； （2）检查：检查打磨机状态、校对道尺、直尺平直度。用弦线检查焊缝（绝缘接头）高低，用1米直尺检查轨面平顺，标划打磨范围。 2．打磨钢轨 （1）起平需打磨的焊缝（胶结绝缘），并用冲击镐捣固密实；（2）作业人员戴好手套、护目镜，确认钢轨打磨长度及厚度；（3）均匀平稳往返推动平面打磨机；在轨头平面从轨距角向非作用边全断面打磨。 （4）打磨过程中分多次用1m直尺对钢轨平面进行检测。 3．质量回检 用弦线回检焊缝（绝缘接头）高低，用1米直尺回检轨面平顺度。4．作业结束 清理机具至限界以外。 三、作业质量 （1）打磨后轨面光带居中，光带宽度25-30mm，前后光带顺接无明显突变； （2）用1m直尺和塞尺测量轨面平面凸凹误差不超过＋0.3mm～0mm； （3）打磨顺坡坡度不少于0.5‰。
轨面打磨作业流程 作业准备 流程机具材料作业标准卡控关键 设置驻站及 现场防护 防护 装、站 标准、 讲机良好平面打磨 机、道尺、 起道机、 冲击镐、 弦线、钢 板尺、1m 直尺、塞 尺、道尺、 护目镜和 石笔 作业前线下 调试平面打 磨机，严禁带 病上道 用弦线检查 焊缝（绝缘接 头）高低，1 米直尺检查 轨面平顺误 差，标划起 开 设置 清理 线路
肥边打磨作业标准 一、作业条件 1 利用维修天窗作业； 2 在车站《运统－46》登记，带班人不低于班长。 二、作业程序 1、作业准备 （1）工具：肥边打磨机、角磨机、发电机、1m直尺、道尺、游标卡尺、护目镜和石笔； （2）检查：校核道尺、游标卡尺，检查打磨机、发电机状态。调查钢轨肥边范围、厚度，用1米直尺检查焊缝（绝缘接头）作用边平顺度。 2、肥边打磨 （1）作业人员戴好手套、护目镜，均匀平稳往返推动肥边打磨机；先垂直切下肥边，再调整角度打磨轨距角；焊缝（绝缘接头）作重点打磨复查。 （2）打磨过程中用游标卡尺和1m直尺进行检测每遍打磨效果。钢轨、焊缝（绝缘接头）严禁用角磨机打磨。 （3）岔心等特殊部位，不能用肥边打磨时，用角磨机打磨。3、质量回检 用游标卡尺回检轨头宽度。 4、作业结束 清理机具至限界以外。 三、作业质量 （1）用1m直尺和游标卡尺测量轨面平面及钢轨肥边误差不超过0.3mm；
基于热力耦合的汽油机曲柄连杆机构结构分析
基于热力耦合的汽油机曲柄连杆机构结构分析 高洪1，胡静丽2，张海涛1，柳剑玲2，李玲纯1 （1.安徽工程大学机械与汽车工程学院 安徽芜湖 241000） （2.芜湖市质量技术监督局，安徽 芜湖 241000） 摘要：基于能量守恒、质量守恒和理想气体状态方程，建立汽油机作功行程气体质量、温度、压力随曲轴转角的函数关系求解模型。在此基础上，将曲柄连杆机构视为装配体，基于单区模型对该装配体进行热力学分析，基于多体动力学对该装配体进行机械负荷分析。最后在ANSYS12.1软件中实现该装配体的热力耦合分析。上述方法可用于解决曲柄连杆机构结构设计的强刚度评价问题，有助于缩短汽油机开发周期和减少成本。 主题词：汽油机；装配体；热负荷；机械负荷；热力耦合；结构分析 1 引言 对内燃机曲柄连杆机构的结构设计强刚度评价，一般有实验法和理论分析法两种。实验法固然可靠，但周期长耗资大；而理论分析法则一般对活塞作热力学分析，对连杆曲轴等只 作单一机械负荷分析[1~3]。 我们认为，从内燃机工作实际看，曲柄连杆机构应是机械负荷与热负荷耦合作用的。因此本文将多场耦合技术与装配体有限元分析技术结合，提出了基于热力耦合分析的汽油机曲柄连杆机构结构分析方法，可用于解决曲柄连杆机构结构设计的强刚度评价问题。 对内燃机工作过程的数值模拟，一般有单区（Single-Zone ）模型、双区模型、多区（Multi-Zone ）模型等。单区模型满足基本假设，即系统内各参数不随空间坐标而变化，只随曲轴转角而变化，其对应的数学模型为常微分方程组。而双区模型、多区模型则是单区模型的推广，前者用于排气污染分析和预测，后者则是将系统划分为n （n ≥3）个互相独立的子区，每个子区内各自满足单区模型基本假设，通过联立n 组微分方程可得燃烧室内各参数的数值解。 因讨论的目标是曲柄连杆机构各零件的强刚度问题，只涉及汽油机负荷、速度等运行特性并不计算有害排放物，故热力学分析中采用单区模型；机械负荷分析中则依据多体动力学进行。最后在ANSYS12.1软件中实现曲柄连杆机构装配体的热力耦合分析。 2 作功行程气体质量、温度、压力随曲轴转角的关系 四冲程汽油机工作过程是包含物理、化学、流动、传热、传质的复杂过程，一般由能量守恒方程、质量守恒方程和理想气体状态方程把整个过程联系起来： ???? ?????=+=-+-+++=mRT pV d dm d dm d dm u h d dm u h d dm d dV p d dQ d dQ mc d dT e s e e s s W B v ?????????)]()([1 （1） 其中，?为曲轴转角，Q B 为燃料在气缸内燃烧放出的热量，Q W 为通过气缸壁面传入或传出的热量，h S 为进气门处工质的比焓，h e 为排气门处工质的比焓，u 为工质的比内能，c v 为定容过热比热容，m 为气缸内工质质量，m s 为流入气缸的质量，m e 为流出气缸的质量，R 为气体常数，p 为气缸内工质压力，V 为气缸工作容积，T 为气缸内工质温度。
钢轨打磨车技术需求书
天津市地下铁道运营有限公司钢轨打磨车技术需求书 车辆中心工务室
钢轨打磨车技术需求书 一地铁钢轨打磨需求 1、钢轨打磨车广泛运用铁路、地铁的目的 钢轨是一切铁路设备的载体，其质量的好坏直接关系到运行设备的运行安全和运行质量。由于轨道长期承受运行车辆所产生的交变轮间作用力，很容易发生压溃、裂纹、磨耗、剥落等受损情况。这些问题如果不及时消除，会导致缺损进一步发展，导致掉块、断轨的发生，影响行车的安全。为了进一步适应地铁提速的要求，改善轮轨关系，延缓更换轨道周期，全面提高乘客的舒适度，早期的处理措施就是及时更换钢轨。大量的钢轨“提前退役”会造成严重的能源、资源浪费。钢轨的使用寿命主要是由滚动接触疲劳和磨耗所决定的，一方面需要保证钢轨的质量，一方面还要进行合理打磨。 钢轨打磨车可以修正轨道波浪状磨损、轮轨擦伤，进行线路钢轨的预防性维修，此外还可作轨面检查，并依据轨道原始形状对磨损的钢轨进行修复使其恢复到轮轨接触合理的状态。 2、工作条件 （1）钢轨整修作业于运营结束后进行，要求设备的作业效率高，大于连续六小时作业时间。 （2）设备应满足天津地区夏季高温、冬季寒冷气候条件使用要求，可适应地铁隧道内及地面的作业环境。 海波高度：≤500m，环境温度：-15℃~40℃，工作相对湿度：
85％。 3、钢轨类型及材质 正线：60kg/m，高碳微矾U75V普通热轧钢轨和U71Mn钢轨车辆段：50 kg/mU71Mn钢轨（车场线），60kg/mU75V热轧钢轨（试车线、出入段线） （1）钢轨轨底坡1/40 （2）正线采用无缝钢轨，车辆段采用25m钢轨 （3）最小平面曲线半径300m（正线），150m（车辆段线）（4）道岔号，No.9（正线）、No.7（车辆段线） （5）轨道最大超高120mm （6）接触轨供电方式、DC750V（接触网供电方式及电压，架空接触网、DC1500V） （7）最大坡度40‰ （8）最大轴重≤16t （9）最小通过曲线半径≤100m （10）线路钢轨内侧有防脱护轨（钢轨作用边离防脱护轨的距离为65mm，比钢轨面高10mm）。 二目前国内国际钢轨打磨车产品现状以及主要性能参数分析 1、美国HTT公司RGH系列产品，市场占有率较高 RGH钢轨打磨车动力采用John Deere 371KW电喷柴油机，Jupiter计算机控制，CAN总线，简化电气系统，液压驱动磨头。深圳地铁一期RGH10C型钢轨打磨车自2008年以来，3年间作业59
基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例1
CAE联盟论坛精品讲座系列 基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例 主讲人：mafuyin CAE联盟论坛总监 摘要：通过MpCCI流固耦合接口程序，对某薄壁管道流动中的传热过程进行了Abaqus和Fluent相结合的流固耦合仿真分析。信息介绍了从建模、设置到求解计算和后处理的全过程，对相关研究人员具有参考意义。 1 分析模型 用三维建模软件solidworks建立了一个管径为1m的弯管，结构尺寸如图1a所示，管的结构如图1b所示，流体的模型如图1c所示。值得注意的是，由于拓扑特征的原因，这样的管壁模型无法通过对圆环扫略直接生成，而需先通过对大圆的扫略生成实心的模型(类似于流体模型)，然后进行抽壳得到管壁的模型。用同样的方法对大圆半径减去管壁厚度的圆进行扫略得到流体模型。 a. 尺寸关系 b. 管壁结构 c. 流体模型 图1. 几何模型示意图 图2. 流固耦合传热分析模型示意图 内壁面(耦合面) 速度入口 v=6m/s; T in=600K 外壁面 压力出口 P=0Pa；T out=300K
由于管壁结构和流体的热学行为不同，传热系数等都不一样，所以属于典型的流固耦合传热问题，热学模型如图2所示。即管的一端为流体速度入口，一端为压力出口，给定流体外壁面一个初始温度600K，流体入口速度为6m/s，温度为600K，出口相对大气压力为0Pa，出口温度为300K。需要求解流体和管壁的温度场分布情况。 2 流体模型 将图1c的流体模型以Step格式导入Fluent软件通常使用的前处理器Gambit中，如图3a所示。设置求解器为，然后划分体网格，网格尺寸为100mm，类型为六面体单元，一共生成4895个体单元，网格如图3b所示。 a. 导入Gambit软件中的流体模型 b. 流场的网格模型 图3. 流体模型及网格示意图 进行网格划分后，需定义边界条件，在Gambit软件中先分别定义速度入口(VELOCITY_INLET)、压力出口(PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三组边界条件，具体参数设置在Fluent软件中进行。然后定义流体属性，名称定义为air，类型为Fluid。这些定义的目的是能够在Fluent软件中识别出这些特征，具体类型和参数都可以在Fluent软件中进行设置和修改。定义完后点击【Export】，选择【Mesh】，选择路径和文件名称并进行输出。 打开Fluent6.3.26或以上的版本，选择3D求解器，点击【File】→【Read】→【Case】，然后选择Gambit中输出的msh文件，即可将网格文件读入Fluent 软件中。读入模型后，进行求解参数和条件的设置。
热力耦合单元介绍
热力耦合分析单元简介 SOLID5－三维耦合场实体 具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。 INFIN9－二维无限边界 用于模拟一个二维无界问题的开放边界。具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。 PLANE13－二维耦合场实体 具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。具有大变形和应力钢化功能。当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。 LINK31－辐射线单元 用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。每个节点有一个自由度。可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。 允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。发射率可与温度相关。如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。LINK32－二维传导杆 用于两节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。 如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。LINK33－三维传导杆 用于节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于稳态或瞬态的热分析问题，如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。
电池组热力耦合分析
电池组热力耦合分析 本例展示基于热-结构耦合的热力耦合分析。 1 问题设定 一块电池组，尺寸为70mm x 175mm x 400mm。对模型进行适当简化，保留主体电芯和PC部分，约束电池组底部Z方向，电芯部分给定生热源，电池组外表面给定自然对流散热边界条件，模拟电池组温度变化和应力变化。 由于需要进行实时热力耦合分析，因此电池，PC材料等采用实体建模，设定相关的coupling耦合单元和tie约束，建立电芯和PC材料之间的接触关系（包括热接触）。 本案例用到的附件包括： Battery1003_heat.cae 稳态热力耦合分析
2 分析过程 一般来说，针对热力学问题，通常有顺序耦合和完全耦合两种方法。顺序耦合是先进行热传导分析，得到温度分布结果，然后把温度分布结果映射到结构分析模型上。完全耦合则是直接在abaqus中直接给建立的coupled temp-displacement分析步，完全实时同步计算温度变化和应力变化，并可考虑温度和结构变形之间的互相影响。 2.1 有限元计算 2.1.1 几何处理 在CAD软件中进行简单处理后，导入Abaqus中，需要对零件进行几何清理和修复，删除不必要的细节特征。 2.1.2 赋予材料属性 根据不同材料电池，PC等赋予相应的材料参数，注意因为这里需要进行完全热力耦合分析，因此材料参数必须同时具有力学参数和热学参数，包括：密度，弹性模量，泊松比，塑性曲线，热膨胀系数，热导率，比热等，如下图所示：
2.1.3 模型装配 在Abaqus中装配的模型，通在CAD软件中装配位置关系完全一致。如果在CAD软件中已经装配即可。这里由于单个电池芯模型一致，因此为减小前处理工作量，在Abaqus 中对单个电芯进行阵列处理，后期只需要分析修改单个电芯模型，整个装配体所有电芯模型自动更新。 2.1.4 定义相互作用 根据模型需要，定义相关接触关系和耦合约束等等。如下所示： 定义接触属性：在Interaction模块，点击Create Interaction property，选择contact，进入Edit contact property窗口，分别定义Tangential behavior 中设定0.1的摩擦系数，以及Thermal conductance 中的接触热传导参数，如下图所示：
钢轨打磨作业标准及流程
轨面打磨作业标准 一、作业条件 1.利用维修天窗作业； 2.在车站《运统—46》登记，带班人不低于班长。 二、作业程序 1.作业准备 (1)工具：平面打磨机、1m直尺、起道机、冲击镐、塞尺、道尺、弦线，钢板尺、护目镜和石笔； (2)检查：检查打磨机状态、校对道尺、直尺平直度。用弦线检查焊缝(绝缘接头)高低，用1米直尺检查轨面平顺，标划打磨范围。 2.打磨钢轨 (1)起平需打磨的焊缝(胶结绝缘)，并用冲击镐捣固密实； (2)作业人员戴好手套、护目镜，确认钢轨打磨长度及厚度； (3)均匀平稳往返推动平面打磨机；在轨头平面从轨距角向非作用边全断面打磨。 (4)打磨过程中分多次用1m直尺对钢轨平面进行检测。 3.质量回检 用弦线回检焊缝(绝缘接头)高低，用1米直尺回检轨面平顺度。4.作业结束 清理机具至限界以外。 三、作业质量 (1)打磨后轨面光带居中，光带宽度25-30mm前后光带顺接无明显突变； (2)用1m直尺和塞尺测量轨面平面凸凹误差不超过+ 0.3mm-
0mm (3)打磨顺坡坡度不少于0.5 %0。
轨面打磨作业流程 作业条件：利用维修天窗，在车站《运统- 46》登记要点，带班人不低于班长 /质量是 否达标 清理机具至限界以外。 清理工 具材料 肥边打磨作业标准 一、 作业条件 1利用维修天窗作业； 2在车站《运统—46》登记，带班人不低于班长。 作 业 准 备 流程 机具材料 （开始） 士 — ------------------------ 设置防护 平面打磨机、道尺、 起道机、冲击镐、 弦线、钢板尺、1m 直尺、塞尺、道尺、 护目镜和石笔 线路调查 起平接头 平面打磨 质量回检 作业标准 卡控关键 设置驻站及现场防护 防护着装、站位标 准、对讲机良好 作业前线下调试平面打 磨机，严禁带病上道 用弦线检查焊缝（绝缘接 头）高低，1米直尺检查 轨面平顺误差，标划起 平、打磨标记 起平焊缝（绝缘接头）， 冲击镐捣实 均匀平稳往返推动平面 打 磨机；按钢轨轨头轮廓 全断面打磨，打磨过程中 分多次用_1m 直尺检测。 用1米直尺检查平面误差 0-0.2mm ，作用边误差土 0.3mm,角磨机打磨无明 显坑洼 起平，严禁起高。 打磨火花不飞溅
(完整word版)ABAQUS实例分析
《现代机械设计方法》课程结业论文 （ 2011 级） 题目：ABAQUS实例分析 学生姓名 XXXX 学号 XXXXX 专业机械工程 学院名称机电工程与自动化学院 指导老师 XX 2013年 5 月8 日
目录 第一章Abaqus简介 (1) 一、Abaqus总体介绍 (1) 二、Abaqus基本使用方法 (2) 1.2.1 Abaqus分析步骤 (2) 1.2.2 Abaqus/CAE界面 (3) 1.2.3 Abaqus/CAE的功能模块 (3) 第二章基于Abaqus的通孔端盖分析实例 (4) 一、工作任务的明确 (6) 二、具体步骤 (6) 2.2.1 启动Abaqus/CAE (4) 2.2.2 导入零件 (5) 2.2.3 创建材料和截面属性 (6) 2.2.4 定义装配件 (7) 2.2.5 定义接触和绑定约束（tie） (10) 2.2.6 定义分析步 (14) 2.2.7 划分网格 (15) 2.2.8 施加载荷 (19) 2.2.9 定义边界条件 (20) 2.2.10 提交分析作业 (21) 2.2.11 后处理 (22) 第三章课程学习心得与作业体会 (23)
第一章： Abaqus简介 一、Abaqus总体介绍 Abaqus是功能强大的有限元分析软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大的模型，处理高度非线性问题。Abaqus不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究。 Abaqus使用起来十分简便，可以很容易的为复杂问题建立模型。Abaqus具备十分丰富的单元库，可以模拟任意几何形状，其丰富的材料模型库可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材料、钢筋混泥土、可压缩的弹性泡沫以及地质材料（例如土壤、岩石）等。 Abaqus主要具有以下分析功能： 1.静态应力/位移分析 2.动态分析 3.非线性动态应力/位移分析 4.粘弹性/粘塑性响应分析 5.热传导分析 6.退火成形过程分析 7.质量扩散分析 8.准静态分析 9.耦合分析 10.海洋工程结构分析 11.瞬态温度/位移耦合分析 12.疲劳分析 13.水下冲击分析 14.设计灵敏度分析 二、Abaqus基本使用方法 1.2.1 Abaqus分析步骤 有限元分析包括以下三个步骤： 1.前处理（Abaqus/CAE）:在前期处理阶段需要定义物理问题的模型，并生 成一个Abaqus输入文件。提交给Abaqus/Standard或 Abaqus/Explicit。 2.分析计算（Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit）:在分析计算阶段， 使用Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit求解输入文件中所定义的
钢轨打磨问题浅析
钢轨打磨问题浅析 摘要：通过对国内外钢轨打磨问题的研究，从钢轨打磨原理着手，分析了目前钢轨打磨过程中存在的问题，提出了相应的效果评价指标，从而能够提高钢轨的使用寿命，进一步的降低经济成本。关键词：钢轨打磨评价指标使用寿命 1 引言 近年来随着我国高速铁路以及重载铁路的发展，钢轨伤损这种情况已逐渐明显的加重，尤其是钢轨的滚动接触疲劳伤损。钢轨伤损不仅影响行车品质，甚至可能导致断轨，严重影响行车的稳定性和安全。因此，提高铁路钢轨使用寿命，已成为目前急需解决的问题。钢轨打磨线路养护维修中的一种重要方法，在国外已得到广泛的应用能够有效得提高铁路钢轨使用寿命。 钢轨打磨是用来提高钢轨寿命和使用性能的一种手段，经过大量实践和理论研究，都印证了这种措施的实用性和可靠性。在技术层面，钢轨打磨主要用来消除钢轨的波形磨耗以及接触疲劳等因素对钢轨寿命的负面影响。同时，钢轨打磨还依赖于高品质材料和一些新进的润滑措施。通过这些手段，可以大量地减少上述的负面影响。自上世纪30年代起，国外的铁路检测部门将打磨方法运用到消除钢轨表面的波纹、磨耗以及剥落等类型的轨头病害。早期，钢轨打磨是通过人工操作，后期逐步发展了新的打磨设备，出现了大型钢轨打磨车。目前国内大部分铁路局已配备系列的钢轨、道岔打磨
列车，目前我国轨道方面钢轨打磨的任务主要是消除钢轨塑性流变和波形磨耗，针对线路的曲线部分和直线部分的打磨手段也基本类似。北京、上海、广州等城市地铁工程也将钢轨打磨车采取为线路养护维修过程中的必备大型维护车辆，钢轨打磨技术已然成为一项关键的线路维护技术。 随着钢轨打磨技术和线路维护技术的发展，现在钢轨打磨已经从“修复性打磨（表面打磨）”开始向“预防性打磨（外形打磨）”转变。修复性打磨是在线路运营时，根据钢轨波浪磨耗或接触疲劳伤损的严重程度，打磨清除钢轨表面所产生的缺陷；预防性打磨是预防性打磨是指对钢轨进行特定廓形的打磨，周期性的打磨少量金属，避免缺陷的产生，减少病害的发生，控制病害的发展，这样能最大限度的延长钢轨使用寿命，改善轮轨接触状况，减小轮轨摩擦，降低轮轨噪声和车辆轮对损伤情况。 2 分析钢轨打磨原理 钢轨打磨的基本原理是把钢轨轮廓打磨成利于延长钢轨寿命的 形状，改变轮轨横向耦合轮廓的接触面，提高轮轨接触纵向平顺性，使轮轨接触应力最小化以减小磨损。预防性打磨主要从三个方面来控制：控制侧磨，控制疲劳和控制波磨。 修复性打磨与预防性打磨主要作用都是提高钢轨使用性能和延 长使用寿命。一般来说，钢轨打磨不但可以达到控制侧磨、疲劳、波磨、降低竖向冲击力的作用，还可以延长钢轨寿命。结合优质材
基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例
基于MpCCI 的Abaqus 和Fluent 流固耦合案例 mafuyin 摘要：通过MpCCI 流固耦合接口程序，对某薄壁管道流动中的传热过程进行了Abaqus 和Fluent 相结合的流固耦合仿真分析。信息介绍了从建模、设置到求解计算和后处理的全过程，对相关研究人员具有参考意义。 1 分析模型 用三维建模软件solidworks 建立了一个管径为1m 的弯管，结构尺寸如图1a 所示，管的结构如图1b 所示，流体的模型如图1c 所示。值得注意的是，由于拓扑特征的原因，这样的管壁模型无法通过对圆环扫略直接生成，而需先通过对大圆的扫略生成实心的模型(类似于流体模型)，然后进行抽壳得到管壁的模型。用同样的方法对大圆半径减去管壁厚度的圆进行扫略得到流体模型。 a. 尺寸关系 b. 管壁结构 c. 流体模型 图1. 几何模型示意图 图2. 流固耦合传热分析模型示意图 内壁面(耦合面) 速度入口 v=6m/s; T in =600K 外壁面 压力出口 P=0Pa ；T out =300K
由于管壁结构和流体的热学行为不同，传热系数等都不一样，所以属于典型的流固耦合传热问题，热学模型如图2所示。即管的一端为流体速度入口，一端为压力出口，给定流体外壁面一个初始温度600K，流体入口速度为6m/s，温度为600K，出口相对大气压力为0Pa，出口温度为300K。需要求解流体和管壁的温度场分布情况。 2 流体模型 将图1c的流体模型以Step格式导入Fluent软件通常使用的前处理器Gambit 中，如图3a所示。设置求解器为，然后划分体网格，网格尺寸为100mm，类型为六面体单元，一共生成4895个体单元，网格如图3b所示。 a. 导入Gambit软件中的流体模型 b. 流场的网格模型 图3. 流体模型及网格示意图 进行网格划分后，需定义边界条件，在Gambit软件中先分别定义速度入口(VELOCITY_INLET)、压力出口(PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三组边界条件，具体参数设置在Fluent软件中进行。然后定义流体属性，名称定义为air，类型为Fluid。这些定义的目的是能够在Fluent软件中识别出这些特征，具体类型和参数都可以在Fluent软件中进行设置和修改。定义完后点击【Export】，选择【Mesh】，选择路径和文件名称并进行输出。 打开Fluent6.3.26或以上的版本，选择3D求解器，点击【File】→【Read】→【Case】，然后选择Gambit中输出的msh文件，即可将网格文件读入Fluent 软件中。读入模型后，进行求解参数和条件的设置。 (1)模型缩放：为了便于分析结果数据特征，统一采用国际单位制进行仿真，
刹车过程的热力耦合分析FEM实例
刹车过程的热力耦合分析实例 摘要：机动车的刹车盘在刹车过程中由于刹车片和刹车盘的摩擦会产生大量的热，生成的热会对刹车片的材料性能和刹车性能产生很大的影响，本例以此为例来分析刹车过程中的热应力，为刹车盘的改进设计以及事故的预防提供技术依据。 关键词：耦合热应力 1 实例说明 刹车盘的材料为钢，外径为135mm，内径为90mm，厚度为6mm；刹车盘基座上的圆环外径为135mm，内径为100mm，厚度为2mm，材料同样的为钢，如图1.1所示；刹车片为树脂加强的复合材料，可以用来提高摩擦系数和材料性能随着温度变化，如表1.1和表1.2所示。 图1.1 刹车盘 表1.1
表1.2 温度对材料性能的影响 2 建立模型 根据要求的数据，利用ABAQUS分别建立刹车盘和刹车片两个模型，如图2.1和2.2所示。 图2.1 刹车盘图2.2 刹车片并通过利用其abssembly的装配功能，将上面两的部件装配成如图2.3所示的刹车系统。
图2.3 刹车系统 3 设定分析步 考虑到刹车盘和刹车片之间的摩擦生热现象以及热传导过程，并且分析由于热产生的应力，在分析过程中刹车盘和刹车片存在着接触摩擦关系，所以定义两个分析步： 在第一个分析步中对刹车片施加压力，使刹车片和刹车盘建立稳定的接触关系； 在第二个分析步中使刹车盘旋转60度，来分析刹车过程。 4 分析结果 在结果中可以选择不同的输出变量，因而得出不同的结果。如图4.1为节点 温度。
图4.1 节点温度 为了便于观察刹车盘和刹车片接触区的分析，我们可以把刹车片隐去。如图 4.2所示。
图4.2 节点温度 在输出变量中选择变量cshear1，则可以得到摩擦剪应力的分布。如图4.3所示。
质子交换膜燃料电池热力耦合仿真分析(1)
收稿日期：２００９－１１－２０ 基金项目：国家自然科学基金项目编号（５０８２０１２５５０６）作者简介：严蓉蓉（１９８６—），女，江苏省人，硕士，主要研究方向为质子交换膜燃料电池。 质子交换膜燃料电池热力耦合仿真分析 严蓉蓉，彭林法，刘冬安 (上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240) 摘要：温度是影响质子交换膜燃料电池电堆性能的一个重要因素，尤其是车用质子交换膜燃料电池工况非常复杂，温度变化范围跨度较大（－３０～８０℃）。针对温度和装配压力的耦合效应，建立了质子交换膜燃料电池电堆热力耦合三维有限元分析模型，通过定义螺栓预紧力及设置不同温度场模拟热力耦合效应，分析了热力耦合效应对由三个单电池组成的燃料电池电堆中单电池层内及电池之间应力分布影响规律，为保证燃料电池电堆层内与层间应力分布均匀，提高电堆装配质量提供了理论指导。 关键词：质子交换膜燃料电池；热力耦合；装配压力；应力分布中图分类号：ＴＭ９１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１０）０６－０６１０－０４ Simulation analysis of thermo-mechanical coupling of PEMFC stresses YAN Rong-rong,PENG Lin-fa,LIU Dong-an (State Key Lab.of Mechanical System and Vibration,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China) Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌ（ＰＥＭＦＣ），ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｔｈｏｓｅｕｓｅｄｉｎｖｅｈｉｃｌｅｄｕｅｔｏｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｗｉｄｅｒａｎｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓ．Ｓｏ，ａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｓｓｅｓｏｆＰＥＭＦＣｗａｓｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｃｏｄｅＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆａｃｔｏｒｗａｓｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｂｙｉｍｐｏｓｉｎｇｂｏｌｔｌｏａｄａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｓｔａｃｋｗａｓｍａｄｅｕｐｏｆｔｈｒｅｅｓｉｎｇｌｅｃｅｌｌｓ．Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｏｎｔｈｅｌｏｃａｌａｎｄｔｈｅｇｌｏｂａｌｓｃａｌｅｓ．Ｔｈｅｙｃａｎｈｅｌｐｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｔａｃｋａｓｓｅｍｂｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌ（ＰＥＭＦＣ）；ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ；ａｓｓｅｍｂｌｙｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 质子交换膜燃料电池（PEMFC ）可以高效、环境友好地将储存在燃料中的化学能转化为电能，有着效率高、污染低、功率密度高、快速启动和较低的工作温度等优点[1]，所以PEMFC 将最有可能替代汽车内燃机，成为一种新的汽车动力源。 燃料电池由不同部件构成，在温度变化过程中，各部件热胀冷缩程度不同，而装配压力限制了部件的热胀冷缩，导致部件上的应力分布发生新变化，由此带来影响如下：在单电池内部，膜电极（MEA ）中的质子交换膜和电极可能会发生脱离，气体扩散层(GDL)很可能被压碎；在单电池之间，因为电堆是由单电池串联起来的，所以极板的制造误差、装配过程中的装配误差将会被放大。燃料电池作为新的动力源必须能够适应环境变化，一般而言，装配燃料电池是在20℃左右的环境中完成的，但是可能会在－30℃启动，随着内部反应的进行，电池在更高的温度下运行，最后稳定在80℃左右，热力耦合因素将会对电池性能产生重要影响。 在电堆装配压力研究方面，Shuo-Jen Lee 等[2] 建立了一个 单电池有限元模型，研究在一定装配压力下，燃料电池各个组 成部件的应力分布。Lee 提出了一个FEM 模型并且分析了单电池在给定装配压力下MEA 的应力分布，在同样装配压力下，应力在MEA 上的分布是中间最小，四周比较大。此外，宋霞[3]提出一个二维单流道模型分析了温度对质子交换膜屈服应力的影响。目前有关燃料电池电堆装配压力分布的仿真模型大部分是二维模型[4-5]，且没有考虑温度变化对电堆装配质量的影响。 本文建立了一种考虑温度影响的热力耦合三维有限元分析模型，研究在不同温度下，燃料电池电堆单电池层内、电池之间的应力分布，及其随温度变化规律，为保证燃料电池电堆层内与层间应力分布均匀，提高电堆装配质量提供理论指导。 １ＰＥＭ燃料电池热力耦合分析模型 １．１几何参数 质子交换膜燃料电池单电池结构为MEA 夹在两块极板之间形成一个单电池，电堆由多个单电池串联在一起[6]。采用三维模型模拟三个电池组成的一个电堆，结构包括两块端板、四块石墨双极板、三个密封圈、八个螺栓、八个螺母、三片MEA 。由于在计算过程中不考虑化学反应和传质，所以将质子交换膜、电极及气体扩散层做成一个整体。石墨双极板上流道的脊和槽宽都是1mm ，流道深度也是1mm ，本文所建立的仿真模型如图1所示。表1为部件几何尺寸 。
钢轨打磨概述及提高打磨质量
钢轨打磨概述及提高打磨质量 随着铁路高速重载趋势的发展，钢轨的波形磨耗和因接触疲劳而产生片状剥落、开裂等病害呈上升趋势。钢轨打磨作为解决钢轨表面缺陷、控制轮轨接触位置和控制钢轨外形的手段，应用越来越广泛。不管是对于除去钢轨表面缺陷还是保持钢轨合适的外形轮廓、保证行车稳定性来说，钢轨打磨都是经济和实用的技术。首先对线路常见的钢轨病害做了分类说明，并针对各种病害产生的原因，危害做了分析，指出了钢轨打磨的重要性。接着以广铁集团使用的PGM-96C型钢轨打磨13241#列车的打磨作业为例作了简要介绍，从打磨方法、打磨工艺等方面进行了分析，并从一次切削量、打磨速度、打磨遍数、打磨功率、磨头水平横移量及偏转角度等方面来研究如何提高钢轨打磨作业的质量。 标签：钢轨病害；钢轨打磨重要性；打磨方法；打磨工艺 0 引言 随着我国铁路提速，高速、重载线路的发展，钢轨的接触疲劳伤损现象越来越普遍且日趋严重。这些伤损的大量出现，影响了列车的行车安全，有时还会造成钢轨断裂，列车脱轨等重大事故，危害极大。分析钢轨的接触疲劳伤损类型和伤损原因，找出防治措施，对于我国铁路事业的发展具有十分重要的意义。 1 钢轨主要病害分析 1.1 钢轨的纵向变形 钢轨的纵向变形表现为周期性的波浪磨耗。 （1）波长非常短（波长30～100mm）“极短周期波形”的变形多发生于铁路直线部份。在160公里/小时速度下的运行线路，铁轨的不规则冲击所成形。 图 1 极短波距波形（30～100mm）（2）短波长（波长100～300mm）变形常在发生在铁路的曲线区段，通常发生于短轨一侧的轨道。它可以解释为：转弯时固定在车轴上的两个车轮所碾过的长度不一样所造成的。 图 2 短波距波形（100～300mm）（3）长波（波长300～1000mm）变形通常是由铁路上只有单一型号的车辆运行所造成的。 图 3 长波距波形（300～1000mm）（4）较长波（波长1000～2500mm）的变形也许与铁轨的制造工艺有关。 （5）实际上，会几种波长的变形，经常会同时出现在钢轨同一部位。 我单位所使用的PGM-48型DM01、DM02车磨石直径为254mm，故在打磨
热力耦合分析单元简介
热力耦合分析单元简介！ SOLID5－三维耦合场实体 具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。 INFIN9－二维无限边界 用于模拟一个二维无界问题的开放边界。具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。 PLANE13－二维耦合场实体 具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。具有大变形和应力钢化功能。当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。 LINK31－辐射线单元 用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。每个节点有一个自由度。可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。 允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。发射率可与温度相关。如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。 LINK32－二维传导杆 用于两节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。 如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。 LINK33－三维传导杆 用于节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于稳态或瞬态的热分析问题。 如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。 LINK34－对流线单元 用于模拟节点间热对流的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。热对流杆单元可用于二维（平面或轴对称）或三维、稳态或瞬态的热分析问题。 如果包含热对流单元的模型还需要进行结构分析，热对流单元可被一个等效（或空）的结构单元所代替。单元的对流换热系数可分为非线性，即对流换热系数是温度或时间的函数。