Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

U0vSrbCC8k

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

13.02.2021

Размер:

1.08 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 33

		Таблица 5.3
Варианты	Марка	Удельная мощность,
задания	стали	кВт/см2
1–10	У7	12
11–20	У8	12
21–30	40х	10
31–40	45	10

Теплофизические свойства сталей см. в табл. 5.4–5.7.

												Таблица 5.4
Марка				Плотность углеродистых сталей γ, г/см3
Марка						Температура, °С
стали						Температура, °С
стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200

У7	7.83	7.81	7.78	7.74	7.71	7.67	7.63	7.59	7.80	7.57	7.52	7.47	7.44
У8	7.84	7.82	7.79	7.75	7.71	7.68	7.64	7.60	7.85	7.57	7.52	7.47	7.44
40х	7.82	7.80	7.77	7.74	7.70	7.67	7.63	7.59	7.61	7.56	7.51	7.47	7.43
45	7.74	7.72	7.69	7.66	7.62	7.59	7.55	7.51	7.53	7.49	7.44	7.40	7.36
												Таблица 5.5
Марка				Удельная теплоемкость с, кДж/(кг °С)
Марка						Температура, °С
стали						Температура, °С
стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200

У7	0.498	0.523	0.548	0.552	0.632	0.708	0.779	2.186	0.619	0.619	0.628	0.653	0.678
У8	0.483	0.489	0.532	0.565	0.607	0.669	0.716	2.080	0.615	0.619	0.632	0.653	0.669
40х	0.477	0.494	0.528	0.565	0.615	0.695	0.779	1.449	0.557	0.590	0.607	0.624	0.636
45	0.470	0.493	0.533	0.569	0.610	0.663	0.745	1.500	0.949	0.625	0.637	0.645	0.648
												Таблица 5.6
Марка				Удельное сопротивление, ρ 108 Ом м
Марка						Температура, °С
стали						Температура, °С
стали	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200

У7	17.6	22.8	30.3	39.2	49.8	62.2	76.7	92.7	112.9	116.6	119.7	122.2	124.6
У8	17.5	23.2	30.8	39.8	50.5	62.8	77.2	93.5	112.9	116.4	119.1	121.4	123.1
40х	21.0	28.5	34.6	42.5	52.8	64.2	78.0	93.6	110.0	114.0	117.0	120.0	123.0
45	18.5	22.7	30.0	37.0	48.5	62.5	75.8	91.0	108.7	112.8	115.6	118.8	122.0

Таблица 5.7


	Марка					Теплопроводность λ, Вт/(м °С)
	Марка							Температура, °С
	стали							Температура, °С
	стали		20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000		1100		1200
			20	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000		1100		1200
	У7		46.0	46.0	43.5	41.0	38.3	35.6	33.0	31.6	27.6	29.0	30.0		31.5		32.9
	У8		49.8	48.1	45.1	41.4	38.1	35.2	32.7	30.1	24.3	25.7	26.9		28.6		30.2
	40х		46.0	46.0	42.7	42.3	38.5	35.6	31.9	28.8	26.0	26.7	28.0		28.8		28.8
	45		46.0	45.3	44.7	42.0	37.9	32.4	27.6	23.9	25.8	26.8	27.5		28.4		29.6
	Пример. Задан вариа					т 38. По табл. 5.3 определяются:
	–	материал сталь 45;
	– удельная мощность p0 = 10 кВт/см2.
	Из табл. 5.2 находятс :
	–	номер сечения 5;
	– поверхность нагрев					CD0;
	– плоскость симметр и АВ.								Координаты вер ин пятиуголь-
									Координаты вер ин пятиуголь-
								ника заданного сечения представлены
								в	табл. 5.1:		А(0; 3), В(3;			3), С(3; 2),
								D(2; 0). Пятой верши ой всех типов
								сечения является начало координат.
								По заданным коорди атам строится
								пятиугольник (рис. 5.1), на котором
								отмечаются поверхность нагрева и
								плоскость симметрии.							и	формы
				Рис. 5.1					Выбор		количества				и	формы
нечных элементов даже								фрагментов для постр ения сетки ко-
нечных элементов даже						таком простом примере может иметь несколько
решений и зависит от опы а и интуиции исполнителя.

6. ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ВОЗДУШНО-ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ

Амплитуда теплового потока в полости реза q0 определяется из характе-

ристик источника питания и полости реза.

Пространственное распределение теплового потока в полости реза зада- ется коэффициентами W (y) ≤1 и W (z) ≤1 (рис. 6.1).

Изменение теплового потока во
времени	задается	коэффициентом	z
W (t ) ≤1. Таким образом, плотность			x
теплового	потока на поверхности
реза моделируется		выражением:

q =q0W ( y)W ( z)W (t ) .								y
Математической моделью про-								y

						Рис. 6.1
цессов нагрева и плавления	(испа-					Рис. 6.1
рения) может служить нестационарное уравнение теплопроводности с крае-
выми условиями второго рода в полости реза и третьего – на остальных по-
верхностях изделия:		∂T
	cv	∂T		= div (λ grad T ) .			(6.1)

		∂t
Здесь cv – объемная теплоемкость; λ − коэффициент теплопроводности; T –
температура, К; t – время, с.
Условия сопряжения на границе твердой и жидкой фаз с учетом теплоты
фазовых превращений имеют вид					∂T2(M , t ) + ϑ,
− λ ∂T1(M , t ) = −λ					∂T2(M , t ) + ϑ,		(6.2)
1	∂n				2	∂n	превращений
где ϑ – функция, отражающая			скрытую			теплоту фазовых	превращений
(плавления, испарения).

Математическая модель теплопроводности, представленная уравнением (6.1) и соответствующими краевыми условиями, должна решаться как нели- нейная, поскольку коэффициенты, фигурирующие в упомянутых выражениях, зависят от температуры. Коэффициент теплоотдачи α на поверхностях изде- лия может быть представлен как сумма коэффициентов конвективной (αc ) и

радиационной (αr ) составляющих унифицированного коэффициента тепло- отдачи.

Доля тепловой энерг и с поверхности теплоотдачи в об ем балансе вы-

сокоинтенсивного процес а воздушно-плазменной резки металла ничтожна,

поэтому α в этом процессе можно задавать, как для абсолютно черного тела.

Задача решается с помощью МКЭ. Распределение q(y, z, t ) в начальный

момент времени задается на гранях конечных элементов, лежащих в плоско- сти, нормальной к направлению резки. После достижения в аком-либо эле- менте температуры плавл ния, которая определяется как сре неарифметиче-

ская температура всех узлов элемента, прослеживается нак пление в этом
элементе скрытой теплот	плавления, и затем элемент удал ется. Тепловой
поток переводится на бли	нюю грань следующего за выплав енным элемен-

том, лежащую в плоскости, параллельной начальной. Общее время процесса
резки должно быть разделено на конечное число этапов.
Условие (6.2) на дв жущейся границе можно преобразовать к более
удобному виду в результате применения закона сохранения нергии, соглас-
переноса тепла в глубь материала:	qdS =	(λ grad T ± Lρ ( dV / dt )) , где L −
скрытая теплота плавления, Дж/кг;	dS − поверхность конечн го элемента на
но которому скорость пог ощения энергии поверхностью полости реза равна
скорости преобразования энергии в скрытую теплоту плавления и скорости

подвижной границе разд ла жидкой и твердой фаз; V – о ъем конечного элемента, претерпевающе о фазовые превращения.

Рис. 6.2

Пример. Тестовая за ача (исходные файлы для макрофайла – в папке Plazma1). Процесс резки с али 20 моделируется для листа толщиной 20 мм при

																					Таблица 6.1
									Варианты задания
Марка							Удельная мощность p0, кВт/см2
стали		50				60						70				80					90
стали								Толщина листа h, см
								Толщина листа h, см
	1.0		1.2			1.1		1.3		1.4			1.6		1.5			1.7		1.8		2.0
20	1			2		3		4		5			6		7			8			9	10
40	11		12			13		14		15			16		17			18		19		20
У8	21		22			23		24		25			26		27			28		29		30
Х18Н9	31		32			33		34		35			36		37			38		39		40
																					Таблица 6.2
Марка						Плотность углеродистых сталей γ, г/см3
Марка									Температура, °С
стали									Температура, °С
стали	20	100			200	300		400	500			600		700	800		900		1000		1100	1200
	20	100			200	300		400	500			600		700	800		900		1000		1100	1200

20	7.86	7.83			7.80	7.70		7.73	7.70			7.66		7.61	7.62		7.60		7.55		7.50	7.50

40	7.82	7.80			7.77	7.74		7.70	7.67			7.63		7.59	7.61		7.56		7.51		7.47	7.43

У8	7.84	7.82			7.79	7.75		7.71	7.68			7.64		7.60	7.85		7.57		7.52		7.47	7.44
Х18Н9	7.70	7.69			7.69	7.66		7.62	7.59			7.57		7.54	7.50		7.52		7.46		7.40	7.36
																					Таблица 6.3
Марка						Удельная теплоемкость с, кДж/(кг °С)
Марка									Температура, °С
стали									Температура, °С
стали	20	100			200	300		400	500			600		700	800		900		1000		1100	1200
	20	100			200	300		400	500			600		700	800		900		1000		1100	1200

20	0.480	0.486			0.519	0.557		0.599	0.662			0.749		1.432	0.950		0.649		0.649		0.649	0.666

40	0.480	0.486			0.515	0.548		0.586	0.649			0.708		1.583	0.642		0.548		0.624		0.632	0.653

У8	0.483	0.489			0.532	0.565		0.607	0.669			0.716		2.080	0.615		0.619		0.632		0.653	0.669
Х18Н9	0.500	0.511			0.532	0.548	0.569		0.595		0.649			1.650	0.641		0.641		0.649		0.662	0.674
																					Таблица 6.4
Марка						Удельное сопротивление, ρ 108 Ом м
Марка									Температура, °С
стали									Температура, °С
стали	20	100			200	300		400	500			600		700	800		900		1000		1100	1200
	20	100			200	300		400	500			600		700	800		900		1000		1100	1200

20	17.0	22.0			29.2	38.1		48.7	60.1			75.8		92.5	109.4		113.6		116.7		119.4	121.9
40	17.1	22.1			29.6	38.7		49.3	61.9			76.6		93.2	111.1		114.9		117.9		120.7	123.0

У8	17.5	23.2			30.8	39.8		50.5	62.8			77.2		93.5	112.9		116.4		119.1		121.4	123.1
Х18Н9	71.0	76.0			85.0	91.0		97.6	102.6		107.2			111.0	114.0		117.0		119.5		1220	124.0

Таблица 6.5


Марка					Теплопроводность λ, Вт/(м °С)
Марка							Температура, °С
стали							Температура, °С
стали	20	100	200	300		400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200
	20	100	200	300		400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200
20	51.9	51.1	48.5	44.4		42.7	39.3	35.6	31.9	25.9	26.4	27.7	28.5	29.8

40	51.9	50.6	48.1	45.6		41.9	38.1	33.6	30.0	24.8	25.7	26.9	28.0	29.5

У8	49.8	48.1	45.1	41.4		38.1	35.2	32.7	30.1	24.3	25.7	26.9	28.6	30.2
Х18Н9	15.2	16.0	17.6	19.2		20.8	22.3	23.8	25.5	27.6	28.6	30.0	30.3	30.6

равномерном распределении плотности теплового потока q =q0 =105 Вт/см2 .

На рис. 6.2 представлен профиль реза в плоскости y = 0 (см. рис. 6.1). Одна клетка – 0.8 мм.

Вариант индивидуального задания соответствует порядковому номеру фамилии в списке группы (см. табл. 6.1).

Итоги выполнения задания представить в виде, аналогичном рис. 6.2. Теплофизические свойства сталей см. в табл. 6.2–6.5.

Список рекомендованной литературы

Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для рас- четов и проектирования. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Металлургия, 1975.

368 с.

Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи / пер. с англ. М.: Мир, 1983. 512 с., ил.

Царевский В. В, Галунин С. А., Злобина М. В. Физические основы элек- тронагрева: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. 108 с.

Шамов А. Н., Бодажков В. А. Проектирование и эксплуатация высоко- частотных установок. 2-е изд., доп. и перераб. Л.: Машиностроение, 1974.

280 с.

			Содержание
Введение			.................................................................................................................	3
1.	Порядок ..............................................................................................расчетов			4
2.	Расчет температурных ...........................................................................полей			5
	2.1.	Построение .......................................................................................сетки		5
	2.2.	Исходные .................................................данные для тепловой задачи		10
	2.2.1. ...........		Теплофизические характеристики объекта исследований	10
	2.2.2. ...........................................................................		Граничные условия	10
	2.2.3. ............................................................................		Источники нагрева	11
	2.2.4. .............................................................................		Этапы по времени	13
	2.3	Решение .........................................................................тепловой задачи		13
3.	Расчет напряжений ................................................................и деформаций			15
	3.1.	Исходные .................данные для расчета напряжений и деформаций		15
	3.1.1. ....................................................................		Механические свойства	15
	3.1.2. .......................................		Превращения при нагреве и охлаждении	15
	3.1.3. ...........................................................................		Граничные условия	18
	3.2.	Расчет .........................................................напряжений и деформаций		18
4.	Анализ .........................................................................................результатов			19
5.	Варианты .........................................................................заданий по закалке			20
6.	Пример ..............расчета процесса воздушно-плазменной резки металлов			23
Список рекомендованной ...............................................................литературы				27

Редактор Т. А. Лунаева

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Подписано в печать 23.12.14. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Печ. л. 1,75.

Гарнитура «Times New Roman». Тираж 32 экз. Заказ 210.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

<<< < Предыдущая 1 23 / 33

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
13.02.2021441.19 Кб1tFAnB9BaL5.pdf
#
13.02.2021582.42 Кб1TjbV3sokhv.pdf
#
13.02.2021276.83 Кб0TJFljc78em.pdf
#
13.02.2021563.66 Кб7TRfDAZqnfW.pdf
#
13.02.2021383.37 Кб1TX7Eh4KK48.pdf
#
13.02.20211.08 Mб0U0vSrbCC8k.pdf
#
13.02.20211.08 Mб1U10sUZIsoo.pdf
#
13.02.2021474.24 Кб2urveMBvBji.pdf
#
13.02.2021362.39 Кб1vfSyyPlR1p.pdf
#
13.02.2021548.99 Кб3VGPL1NUFSa.pdf
#
13.02.2021548.67 Кб0VI0ufhKuDv.pdf