Modelling of heat processes during the surface treatment of inhomogeneous metal bodies by a high-temperature moving pulse source
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2011.4.1.1Keywords:
computer modelling, thermal processes, concentrated energy fluxes, electromechanical treatmentAbstract
A mathematical model capable of describing the thermal action of concentrated energy fluxes on inhomogeneous metal bodies subjected to electromechanical treatment (EMT) is developed. The peculiarities of formulation and solution of a three-dimensional heat conduction problem under high-speed heating and cooling conditions, including the description of the spatial and time configurations of a moving pulse heat source and the account of the latent heat of phase transformations and the temperature dependence of the thermophysical characteristics of a body in specific structural areas, are considered. The obtained numerical results allowed us to study the temperature distribution mechanisms and the rate of temperature change caused by the action of the moving pulse source on the steel sample with a surface layer or covering subjected to EMT. It is shown that a consideration of the temperature dependence of thermophysical coefficients leads to quantitative and qualitative changes in the distribution of temperature and its gradients. Application of a hyperbolic heat conduction equation to the analysis of the EMT processes provides only an inessential refinement of the problem solution.
Downloads
References
Багмутов В.П., Паршев С.Н., Дудкина Н.Г., Захаров И.Н. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. - Новосибирск: Наука, 2003. - 318 с.
Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. - М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.
Барашков А.С. Расчёт теплового процесса упрочнения стали при нагреве равномерно распределёнными источниками // Физика и химия обработки материалов. - 2000. - № 4. - С. 82-89.
Багмутов В.П., Захаров И.Н. Исследование тепловых процессов при воздействии на материал концентрированных потоков энергии // Физика и химия обработки материалов. - 2002. - № 3. - С. 9-17.
Поздняков В.А., Александрова Н.М. Оптимизация режимов электронно-лучевой упрочняющей обработки сталей. 1. Поля температур и термоупругих напряжений // Физика и химия обработки материалов. - 2004. - № 5. - С. 61-66.
Любимова О.Н., Пестов К.Н., Гридасова Е.А. Численное решение задачи о проплавлении металлического слоя при сварке плавлением стекла и металла // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2010. - Т. 3, № 1. - С. 63-72.
Dowden J.M. The Mathematics of Thermal Modeling. An Introduction to the Theory of Laser Material Processing. - Boca Raton: Chapman & Hall / CRC, 2001. - 292 p.
Багмутов В.П., Захаров И.Н. Моделирование структурных превращений при электромеханической обработке стали // Физика и химия обработки материалов. - 2002. - № 4. - С.29-32.
Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 784 с.
Шашков А.Г., Бубнов В.А., Яновский С.Ю. Волновые явления теплопроводности: Системно-структурный подход. - М.: Едиториал УРСС, 2004. - 296 с.
Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. - М.: Наука, 1977. - 736 с.
Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. - М.: Наука, 1966. - 688 с.
Тихомиров М.Д. Основы моделирования литейных процессов. Тепловая задача // Литейное производство. - 1998. - № 4. - C. 30-34.
Кидин И.Н. Физические основы электротермической обработки металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1969. - 376 с.
Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. - М.: Машиностроение,1990. - 288 с.
Надольский В.О., Филимонов Н.П., Яковлев С.А. Результаты исследований распределения электрического потенциала в цилиндрической детали при электромеханической обработке // Исследования и разработки в области упрочнения и восстановления деталей машин электромеханической обработкой: Сб. науч. тр. - Ульяновск, 1998. - С. 25-32.
Калита В.И., Багмутов В.П., Захаров И.Н., Комлев Д.И., Иванников А.Ю. Упрочнение плазменных покрытий электромеханической обработкой // Физика и химия обработки материалов. - 2008. - № 1. - С. 38-42.
###
Bagmutov V.P., Parsev S.N., Dudkina N.G., Zaharov I.N. Elektromehaniceskaa obrabotka: tehnologiceskie i fiziceskie osnovy, svojstva, realizacia. - Novosibirsk: Nauka, 2003. - 318 s.
Rykalin N.N., Uglov A.A., Kokora A.N. Lazernaa obrabotka materialov. - M.: Masinostroenie, 1975. - 296 s.
Baraskov A.S. Rascet teplovogo processa uprocnenia stali pri nagreve ravnomerno raspredelennymi istocnikami // Fizika i himia obrabotki materialov. - 2000. - No 4. - S. 82-89.
Bagmutov V.P., Zaharov I.N. Issledovanie teplovyh processov pri vozdejstvii na material koncentrirovannyh potokov energii // Fizika i himia obrabotki materialov. - 2002. - No 3. - S. 9-17.
Pozdnakov V.A., Aleksandrova N.M. Optimizacia rezimov elektronno-lucevoj uprocnausej obrabotki stalej. 1. Pola temperatur i termouprugih naprazenij // Fizika i himia obrabotki materialov. - 2004. - No 5. - S. 61-66.
Lubimova O.N., Pestov K.N., Gridasova E.A. Cislennoe resenie zadaci o proplavlenii metalliceskogo sloa pri svarke plavleniem stekla i metalla // Vycisl. meh. splos. sred. - 2010. - T. 3, No 1. - S. 63-72.
Dowden J.M. The Mathematics of Thermal Modeling. An Introduction to the Theory of Laser Material Processing. - Boca Raton: Chapman & Hall / CRC, 2001. - 292 p.
Bagmutov V.P., Zaharov I.N. Modelirovanie strukturnyh prevrasenij pri elektromehaniceskoj obrabotke stali // Fizika i himia obrabotki materialov. - 2002. - No 4. - S.29-32.
Samarskij A.A., Vabisevic P.N. Vycislitel’naa teploperedaca. - M.: Editorial URSS, 2003. - 784 s.
Saskov A.G., Bubnov V.A., Anovskij S.U. Volnovye avlenia teploprovodnosti: Sistemno-strukturnyj podhod. - M.: Editorial URSS, 2004. - 296 s.
Tihonov A.N., Samarskij A.A. Uravnenia matematiceskoj fiziki. - M.: Nauka, 1977. - 736 s.
Zel’dovic A.B., Rajzer U.P. Fizika udarnyh voln i vysokotemperaturnyh gidrodinamiceskih avlenij. - M.: Nauka, 1966. - 688 s.
Tihomirov M.D. Osnovy modelirovania litejnyh processov. Teplovaa zadaca // Litejnoe proizvodstvo. - 1998. - No 4. - C. 30-34.
Kidin I.N. Fiziceskie osnovy elektrotermiceskoj obrabotki metallov i splavov. - M.: Metallurgia, 1969. - 376 s.
Reznikov A.N., Reznikov L.A. Teplovye processy v tehnologiceskih sistemah. - M.: Masinostroenie,1990. - 288 s.
Nadol’skij V.O., Filimonov N.P., Akovlev S.A. Rezul’taty issledovanij raspredelenia elektriceskogo potenciala v cilindriceskoj detali pri elektromehaniceskoj obrabotke // Issledovania i razrabotki v oblasti uprocnenia i vosstanovlenia detalej masin elektromehaniceskoj obrabotkoj: Sb. nauc. tr. - Ul’anovsk, 1998. - S. 25-32.
Kalita V.I., Bagmutov V.P., Zaharov I.N., Komlev D.I., Ivannikov A.U. Uprocnenie plazmennyh pokrytij elektromehaniceskoj obrabotkoj // Fizika i himia obrabotki materialov. - 2008. - No 1. - S. 38-42.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2011 Computational Continuum Mechanics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
