[发明专利]基于有限元法的三维传热条件下的铝合金构件淬火过程换热系数的获得方法

摘要

基于有限元法的三维传热条件下的铝合金构件淬火过程换热系数的获得方法，涉及获得三维传热条件下的换热系数的技术。它为了解决一维换热条件获得的换热系数与实际铝合金构件的三维换热条件不相符，导致所获得的换热系数不准确的问题。建立直角坐标系下的三维导热微分方程，基于有限元计算方法，对铝合金构件进行有限元网格划分并计算某个时刻对应的温度场，判断测试点的测试温度和计算温度是否满足收敛条件，如果满足收敛条件则结束该方法，如果不满足收敛条件，则通过遗传算法优化出新的换热系数，根据新的换热系数计算新的温度场，继续判断N个测试点的测试温度和计算温度是否满足收敛条件。本发明可用于获得三维传热条件下的换热系数。

主权项

基于有限元法的三维传热条件下的铝合金构件淬火过程换热系数的获得方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：在铝合金构件上表面均匀埋入N个热电偶，即N个测试点，N个热电偶的N个输出端分别连接电脑数据采集系统的N个输入端，将铝合金构件置于加热炉中加热到450℃‑550℃保温均匀后，转移到介质中进行淬火；步骤二：建立直角坐标系下的三维导热微分方程，给出方程的边界条件和初始条件；直角坐标系下三维导热微分方程：ρc∂T∂t=∂∂x(λ∂T∂x)+∂∂y(λ∂T∂y)+∂∂z(λ∂T∂z)]]>式中c为比热容；ρ为密度；λ为热传导系数；t为时间；T为温度；初始条件：T|t＝0＝T0(x,y,z)边界条件为：-λ∂T∂n|s=h‾c(Tw-Tc)]]>T0(x,y,z)为初始温度，下标s为铝合金构件的边界范围，为综合换热系数，Tw为铝合金构件边界的温度，Tc为介质温度，n为方向矢量；步骤三：基于有限元计算方法，对铝合金构件进行有限元网格划分，设定各表面的换热系数的初始值，利用有限元方法计算在淬火过程中M时刻对应的温度场；步骤四：读取步骤一中N个测试点在淬火过程中M时刻的测试温度，在步骤三得到的温度场中读取N个测试点的温度即计算温度；步骤五：判断N个测试点的测试温度和计算温度是否满足收敛条件，收敛条件为f(x)<1℃，其中f(x)=||ΔT||=Σi=1N(Tic-Tie)2]]>式中，Tic为第i个测试点处的计算温度，Tie为第i个测试点处的测试温度：如果判断结果为是，则将满足收敛条件的换热系数作为最终获得的换热系数，并结束该方法；如果判断结果为否则执行步骤六；步骤六：通过遗传算法优化出新的换热系数；步骤七：根据新的换热系数，利用有限元方法计算在淬火过程中M时刻的新的温度场；步骤八：在步骤七得到的新的温度场中读取N个测试点的温度即计算温度，并返回步骤五。