Совершенствование методов контроля тепловых процессов и напряженного состояния при изготовлении цельнокатаных колес на основе сочетания инструментальных методов и компьютерного моделирования

• Автор: Мартьянова, Ирина Александровна
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Введение
ОГЛАВЛЕНИЕ

Г лава 1. Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследования
1.1. Анализ, условия эксплуатации и повреждаемость цельнокатаных колес вагонов
1.2. Анализ нормативных требований к качеству цельнокатаных колес__
1.3. Анализ состояния вопроса расчетной и экспериментальной оценки тепловых процессов и напряженно - деформированного состояния колес
1.4. Цель и задачи исследования
Глава 2. Разработка методики и алгоритма компьютерного моделирования тепловых и деформационных процессов, а также структурных превращений в цельнокатаных колесах на основе использования метода конечных элементов
2.1. Разработка методики решения задачи теплопроводности применительно к термической обработке цельнокатаных колес (закалка + отпуск). Разработка конечноэлементной модели цельнокатаных колес
2.2. Формирование граничных условий и параметров теплового нагружения для компьютерного моделирования процессов термической обработки цельнокатаных колес
2.3. Структурные и фазовые превращения в колесной стали при термообработке
2.4. Методика решения деформационной задачи применительно к термической обработке цельнокатаных колес
2.5. Верификация методики и программного обеспечения для анализа тепловых процессов и структурных превращений при термообработке
цельнокатаных колес
Выводы по главе

Глава 3. Компьютерное моделирование и экспериментальное определение температурных полей, структурных превращений и напряженно - деформированного состояния в цельнокатаных колесах при термической обработке
3.1. Анализ температурных полей, структурообразования и напряженно — деформированного состояния цельнокатаных колес при термической обработке в процессе изготовления
3.2. Контроль остаточных напряжений в цельнокатаных колесах. Сравнение результатов компьютерного моделирования и экспериментальных данных
3.3. Разработка рекомендаций по заводскому контролю температур при
термической обработке ЦКК
Выводы по главе
Заключение. Общие выводы по работе
Список литературы
Приложение (акт внедрения)

ВВЕДЕНИЕ
Колеса подвижного состава являются наиболее ответственными деталями, работоспособность которых в эксплуатации во многом определяет безотказность подвижного состава железнодорожного транспорта.
На протяжении всего периода развития железнодорожного транспорта, надежности колеса уделялось первостепенное внимание со стороны специалистов во всех странах мира.
Непрерывно проводятся исследования в области использования новых материалов, определения физических, механических и ряда специальных характеристик этих материалов для обеспечения более высокой надежности и ресурса колес. При этом приходится учитывать не только свойства материала самого колеса, но также и необходимое согласование свойств колеса и рельса, а также взаимодействие колеса с тормозными колодками в различных условиях эксплуатационных воздействий, прежде всего торможения.
Л В табл. 1 приведены данные о химическом составе колесных сталей,
применяемых в нашей стране и за рубежом. В табл. 2 приведены механические свойства и характеристики твердости, которые контролируются в различных странах при изготовлении колес.
Следует отметить различный подход к формированию химического состава и номенклатуры колесных сталей в различных странах. Так, если в США на железной дороге используется 5 марок колесной стали, существенно отличающихся по содержанию углерода, то в нашей стране в настоящее время практически используется одна марка стали, колесная сталь марки 2.
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМА КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, А ТАКЖЕ СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕСАХ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МКЭ
2.1. Разработка методики решения задачи теплопроводности применительно к термической обработке ЦКК (закалка + отпуск). Разработка конечноэлементной модели ЦКК
Колесо вагона имеет достаточно сложную геометрию и распространение теплоты при закалке колеса не может быть с достаточной точностью описано упрощенными моделями. Поэтому требуется проведение анализа этих процессов при достаточно точном моделировании, как геометрии рассматриваемой детали, так и физической модели тела. Наибольшее соответствие результатов расчетов и реальных процессов при этом достигается в случае решения нелинейной и нестационарной задачи теплопроводности. Это предполагает решение задачи теплопроводности с учетом зависимости теплофизических характеристик материала колеса от температуры, а также пошаговое рассмотрение процессов нагрева и охлаждения, связанных с нестационарным нагревом колеса в процессе термообработки.
Для учета нестационарности тепловых и деформационных процессов применен метод пошагового решения, при котором на каждом последующем шаге нагружения решение находится с учетом предыстории теплового воздействия и нагружения. Для этого весь процесс (период изменения температуры при термообработке) разбивается на отдельные шаги АТ. На каждом отдельном шаге решается нестационарная задача теплопроводности и определяется изменение температуры.
Для решения нелинейных задач нестационарной теплопроводности наиболее часто используются численные методы, такие как метод конечных