画 铸造工程 Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ 曲轴感应淬火温度场的ＡＮＳＹＳ模拟 陈填嵘 （上海市机械制造工艺研究所有限公司，上海２０００７０） 摘要：利用ＡＮＳＹＳ有限元仿真软件，建立简单曲轴的有限元模型，根据感应淬火工艺要求加载 热流进行温度场仿真，并将温度结果作为载荷进行结构仿真，得到曲轴的残余应力分布。仿真 结果表明，曲轴感应淬火后残余压应力主要集中在连杆颈，而连杆中部则有残余拉应力存在。 关键词：曲轴；温度场；有限元 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７３—３３２０（２０１ ６）０２—００４２—０４ Ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ ＣＨＥＮ Ｔｉａｎｒｏｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１ ９０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ．ａ ｓｉｍｐｌｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｒｅａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｌｆｕｘ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｌｏａｄｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｏｔ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ．ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｆｔｅｒ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｉｎ ｍｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ ｎｅｃｋ．ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ． Ｋｅｖ ｗｏｒｄｓ：ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ；ｔｈｅｒｍａｌ ｉｆｅｌｄ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ 研究表明，轴类零件的断裂失效大多由表面 开裂引发【 ］，进入新世纪后，国内厂家对于轴类 零件普遍采用感应淬火来提高表面强度【：］，因此 的热膨胀，实现了三维实体的电磁一热耦合仿真【 ］。 １ 原理 有限单元法是解决工程实际问题的重要方 法。对于不易获得解析解得复杂系统，通过把计 通过模拟计算控制热处理质量成为一个新热点。 近年来，随着我国工业现代化的不断推 进，以及计算机的大规模普及，计算力学逐渐 被投入到生产实践中去。仿真软件如ＡＮＳＹＳ、 ＡＤＡＭＳ、ＤＥＦＯＲＭ的日益完善，极大地降低了 算域离散为有限个小尺寸的单元，用单元内的近 似解替代整体解，当单元尺寸足够小时，可认为 场变量的离散化误差趋向于满足工程计算所允许 的误差范围。 工程计算门槛，进一步减少了计算成本，仿真计 算对中小企业已经成为可能。 李卫民等研究了简单圆轴高频感应淬火的温度 具体而言，首先确定等参单元的形函数，推 导雅各比矩阵，进而得到单元内局部坐标与整体 场模拟，并通过实验验证了淬硬层深度【 ］。许浪研究 了热缩夹头的感应加热过程，精确模拟了金属夹头 坐标的转换关系。计算时，将外加载荷及约束条 件等效到单元节点上，由材料性质推得单元刚度 收稿日期：２０１６—０２—２３ 作者简介：陈填嵘（１９９２一），男，助理工程师，主要从事材料力学性能分析及检测方面工作。 本项目研究工作得到上海市科学技术委员会的资助，资助课题编号为１４ＤＺ２２９２２００。 ４２ Ｉ ２。 ６年第２期
