[发明专利]一种1045钢淬火过程热流固耦合仿真建模及实验方法

权利要求书

1.一种1045钢淬火过程热流固耦合仿真建模及实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、1045钢淬火过程中的热流固耦合仿真建模：进行1045钢淬火过程中热流固多场耦合仿真，热流固耦合模型中采用有限体积法实现流场的离散求解，样品温度场与应力场耦合计算采用有限元法实现，采用壁面函数的方法，结合MPCCI软件实现流-固交界面的耦合计算，实现流固界面的热通量平衡，避开对复杂的传热系数的测量计算过程，克服动态热边界条件难以确定的问题，求解出流场、温度场、应力场、组织场之间的耦合关系，基于热流固耦合模型，更直观地分析淬火过程中工件各物理场的变化；

S2、模型优化：在淬火冷却过程中，考虑淬火槽结构设计和工件布置，分析结构对流场带来的影响以及对温度场的改变，并在淬火冷却传热过程中经历三个阶段，出现气液两相的情况，把冷却过程中的传热现象在仿真过程中表现，分析淬火过程中温度场的变化；

S3、热流固耦合模型实验验证：采用直径为25mm的1045钢圆柱体淬火实验，测量实验过程中淬火槽中流场的变化和1045钢样品的温度变化，对比仿真模拟的实时数据，用实验数据来优化仿真效果，再通过仿真来指导工艺优化。

2.根据权利要求1所述的一种1045钢淬火过程热流固耦合仿真建模及实验方法，其特征在于，所述步骤S1中的流场与温度场耦合是在流体控制方程和欧拉多相流的理论框架下，通过有限体积法对淬火介质进行离散求解，在考虑沸腾时，得到温度、速度与时间的函数。

3.根据权利要求1所述的一种1045钢淬火过程热流固耦合仿真建模及实验方法，其特征在于，所述步骤S1中的温度场与应力场耦合是在傅里叶定律、相变动力学、弹塑性力学的理论框架下，通过有限元法对淬火工件离散求解出温度-应力-组织之间的耦合关系。

4.根据权利要求1所述的一种1045钢淬火过程热流固耦合仿真建模及实验方法，其特征在于，所述步骤S1采用壁面函数的方法来解决有限体积法和有限元法物理场特性的不同和离散方式的差异问题，通过插值的方法完成耦合面的数据转换，实现淬火介质和淬火工件的直接换热，完成淬火介质和工件的多对象仿真，达到模拟淬火过程中多物理场演变过程的效果，得到工件淬火过程中的热流固耦合仿真模型。

5.根据权利要求1所述的一种1045钢淬火过程热流固耦合仿真建模及实验方法，其特征在于，所述步骤S2中，淬火槽的形状结构，叶轮的转速和布置，机架的位置和大小，导流板的布置和结构都是影响流场的因素，通过对流场的模拟为设计提供理论基础。