[发明专利]淬火过程的光弹(塑)性模拟方法

说明书

本方法用于研究金属工件的淬火过程热应力。

尽管冶金工业出版社出版的《合金钢种手册》（1983）提供了金属材料的弹性模量E，导热系数λ，密度ρ，比热c，膨胀系数α，但淬火过程中的力学参量的实测仍是很困难的。藤尾博重等在《日本机械学会论文集》42卷364号P4026～P4032中发表论文介绍了对流换热系数的确定方法，《塑料测试》及《光弹性原理及测试技术》P153～P157提供了光弹性材料的导热系数λ，密度ρ，比热c，膨胀系数α，弹性模量E，条纹值f，光学比例极限σ_P的测试方法，日本S.Sugimori等在《Experimental Mechanics》（1984.6）上发表了研究环氧塑料淬火过程热应力论文，尽管如此，仍未有用塑料淬火模拟金属淬火过程。

本发明的目的在于克服或补充现有模拟技术的不足，为研究热加工工艺过程提出一种模拟淬火过程热应力的光弹（塑）性方法。

发明内容：找出和确定了光弹塑料与金属材料热处理过程的相似性，建立了光弹模型与金属实物之间的相似关系，并根据相似关系，将光弹模型的应力或应变换算到金属实物上，该方法如下：

利用热负荷模拟法，用光敏塑料的淬火热应力模拟金属工件淬火过程的热应力。工艺为：

（1）、根据金属材料和光弹材料，由手册查找或测定性能参数E、λ、α、ρ、c等，并确定对流换热系数h;

（2）、根据金属工件的淬火工艺确定光弹模型的淬火工艺，就是按金属的淬火加热方式来决定光弹模型的加热方式。确定相似常数，就是确定由（1）查找出或确定出的各参数的相似比;

（3）、由准则K_l＝K_λ/K_h确定光弹模型尺寸;

（4）、由准则K_t＝K₁²/K_a确定出对应的时间;

（5）、对光弹模型加热（整体加热或表面加热）后，放入介质中淬火，根据无量纲温度准则K_θ＝1（即T_p＝［T_p+（T-T_o/T_o-T_f）_m（T_o-T_f）_p］）确定金属工件对应点的温度，根据条纹图求出光弹模型的应力，并按σ_p＝K_a·K_E·K_γ·σ_m将光弹模型上的应力换算到实物上去。

相似准则表达式如下：

K h · K 1K λ = 1 ]]>

K 21 K a · K t = 1 ]]>

K o= 1 ( θ =T -T 1To - T1 ) ]]>

相似准则表达式的各符号定义为：

λ——导热系数    W/m℃