Математическое моделирование и прогнозирование структуры стали после термической обработки

• Автор: Карякин, Иван Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Г лава I Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Методика изучения структурных превращений в стали при термической обработке

1.2 Моделирование фазовых превращений для прогнозирования структуры стали

1.3 Технологии для реализации математического моделирования

структурных превращений

Выводы

Глава II Имитационная модель формирования структуры стали при распаде аустенита

2.1 Формализация процесса структурных превращений в стали

2.2 Методика определения доли структурных составляющих в исследуемой области структурных превращений
2.3 Имитационная модель формирования структуры стали при распаде аустенита в условиях изотермической выдержки
2.4 Вычисление параметров модели из изотермических кривых распада аустенита
2.5 Модель структурных превращений при непрерывном
охлаждении
Выводы
Глава III Модель охлаждения детали при термической обработке
3.1 Методика прогнозирования структуры стали совместно с численным
моделированием структурообразования при распаде аустенита
Выводы
Г лава IV Программный комплекс прогнозирования структуры материала после термической обработки
4.1 Архитектура программного комплекса

4.2 Составляющие расчетного блока
4.3 Описание использования технологии распределенных вычислений
4.4 Сервер базы данных
4.5 Расчет стереометрических параметров модели
Выводы
Глава V Описание вычислительных экспериментов
5.1 Проверка адекватности модифицированного
метода Нелдера-Мида
5.2 Моделирование процесса структурных превращений
Выводы
Выводы по диссертационной работе
Список источников и литературы
Приложение А. Описание логической модели данных
Приложение Б. Данные изотермических диаграмм по результатам компьютерного и натурного эксперимента

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В технике существует ряд задач, в которых необходимо прогнозирование структуры стали после термической обработки. Химический состав подбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимую прокаливаемость стали при закалке. В то время, как существует большое количество экспериментально построенных диаграмм практически всех марок стали, задача прогнозирования прокаливаемости по данным изотермической диаграммы не решена. Для прогнозирования свойств и структуры стали необходимо исследование структурных превращений в стали при термической обработке.
Экспериментальное исследование структурных превращений состоит в построении изотермических и термокинетических диаграмм, а также в изучении прокаливаемое™ стали. Экспериментальное изучение имеет ограниченное применение. Так изотермические диаграммы используются только для качественной оценки влияния химического состава на процесс распада аустенита. Термокинетические диаграммы не могут дать достоверных сведений о структуре стали, если режим охлаждения отличается от режимов охлаждения в экспериментах. По этой причине термокинетические диаграммы используются только для количественной оценки устойчивости аустенита при непрерывном охлаждении. Прокаливаемость не дает возможность прогнозировать структуру стали после термической обработки на основе ее химического состава, так как является характеристикой только конкретной марки стали.
Вышеперечисленные ограничения, связанные с методикой представления экспериментальных данных, можно уменьшить путем создания математических моделей, параметры которых определяются экспериментально.
В области моделирования кинетики фазовых превращений в стали фундаментальные исследования приведены в работах М.Ж. Аврами и
А.Н. Колмогорова. В этих работах строятся аналитические уравнения,

Полнофункциональные CAE-системы лишены ассоциативной связи с CAD. Поэтому, если в процессе подсчета появляется необходимость изменить геометрию, то пользователю придется заново производить импорт геометрии и вводить данные для расчета. Самыми известными подобными системами считаются ANSYS/Multiphysics, APNASTRAN и MSC.NASTRAN;
- системы инженерного анализа, встроенные в тяжелые САПР, имеют значительно менее мощные средства анализа, но они ассоциативны с геометрией, поэтому отслеживают изменения модели. Расчетные данные структурированы и интегрированы в общую систему проектирования тяжелой САПР. К ним относятся Pro/MECHANICA для Pro/ENGINEER, Unigraphics NX CAE для Unigraphics NX, Extensive Digital Validation (CAE) для I-deas, Catia CAE для CATIA;
- системы инженерного анализа среднего уровня не имеют мощных расчетных возможностей и хранят данные в собственных форматах. Некоторые их них включают в состав встраиваемый интерфейс в CAD-системы, другие считывают геометрию из CAD. К первым относятся COSMOS/Works, COSMOS/Motion, COSMOS/FloWorks для SolidWorks, ко вторым — visualNastran, Procision.
При анализе большинства CAE-систем можно выделить общие черты. Как правило CAE-системы делятся на модули, решающие определенную задачу, в частности присутствуют модули для распределенных вычислений, графической визуализации результатов моделирования, импорта и экспорта данных и т.д.
Затрагивая способы реализации систем, разработчики стараются предусмотреть варианты системы под различные ОС, в частности Windows и Unix. В большинстве своем модули системы представляют собой Windows-приложения. Для графической визуализации наиболее распространенным