184 / 457
Механики XXI веку. №15 2016 г.
184
ления покрытий использовался следующий реактив - FeCl + HNO
3
+ HCl (хлорного железа – 20 г,
азотной кислоты – 1-2 мл, соляной кислоты – 100 мл). Микротвердость (HV) покрытий определяли на
приборе Wolpert Group 402MVD. Энергодисперсионный анализ проводился на растровом электрон-
ном микроскопе Carl Zeiss EVO 50 XVP с использованием приставки Inca X-Act.
Оценку топографии поверхности производили на лазерном профилографе-профилометре
Zygo New View 7300.
Математическое моделирование. Создание расчетной модели осуществляли в комплексе
ANSYS. Генератором ANSYS Meshing была сформирована гексаэдрическая КЭ сетка с использова-
нием следующих типов конечных элементов: Solid bodies – твердые тела моделировали 8-узловыми
тетраэдрами SOLID 45; Surface bodies поверхностные тела моделировали 4-узловыми 4-угольными
оболочковыми элементами – SHELL 63; Line bodies – линейные тела моделировали 2-узловыми ли-
нейными элементами LINK 8. Размер конечных элементов составлял 0,01 … 1 мм. Общее количество
элементов (Elements) – 74800 (рис. 1, а). При создании КЭ модели были созданы следующие компо-
ненты: «Volume» - группа трехмерных элементов, обозначающих обрабатываемый объект;
«Trajectory» - группа одномерных элементов, которая определяет траекторию перемещения источни-
ка энергии высокой концентрации; «Reference» - опорная эквидистанта – группа одномерных элемен-
тов, способствующая ориентированию локальной системы координат источника энергии; «StartElem»
- стартовые элементы начала действия источника; «StartNodes» и «EndNodes» - начальные и конеч-
ные узлы на траектории перемещения; «Skin» - группа двухмерных элементов, обозначающие по-
верхности, по которым происходит конвективные и радиационный тепловые потери (Convective and
Radiative Losses); «ClampedNodes» - группа узлов, по которым происходит закрепление пластины.
Моделирование процесса ВЭНТВЧ осуществляли в системе SYSWELD, позволяющей ис-
пользованием модели упруго-вязкопластического поведения материала и современного математиче-
ского аппарата, осуществить расчет температурных полей, распределения структурных составляю-
щих, твердости, внутренних напряжений и деформаций [29 – 32].
Рис. 1. Конечно-элементная модель образца и характер распределения удельной мощности под индуктором:
q
o
– максимальное значение удельной мощности;
b
– ширина паза магнитопровода индуктора (1,2…2 мм);
– величина воздушного зазора между индуктором и деталью (0,1…0,8 мм).
а) – КЭМ;б)
–
b/
Δ = 10;
в)
–
b/
Δ = 1.
Воспользоваться разработанным математическим аппаратом теории теплопроводности стано-
вится возможным только лишь при соответствующем описании теплового источника в месте его дей-
ствия.
Кривые распределения удельной мощности представлены на рисунке 2 б и 2 в [17]. Здесь от-
ношение
) (
) (
2
0
0
Xf
H
H
q
Xq
X
, где
0
0
,
,
), (
HHqXq
X
– значения удельной мощности и напряжен-
ности магнитного поля на поверхности в точке
X
и под серединой индуктора (
0
X
). Принимая во
внимание результаты работ [17, 22, 24], процесс перераспределения выделяемой энергии по глубине
б)
в)
а)