Modeli i algoritmi računalnog projektiranja indukcijskog kaljenja

disertacija

• Naslov (engleski): Models and algorithms for computer-aided planning of induction hardening process
• Autor: Darko Landek
• Mentor: Franjo Cajner (mentor)
• Član povjerenstva: Tomislav Filetin (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Franjo Cajner (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Antun Galović (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Mario Essert (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Božo Smoljan (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2005-10-26, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 621 - Strojarstvo. Nuklearna tehnika. Strojevi

Sažetak

U radu je opisan postupak površinskog otvrdnjavanja indukcijskim kaljenjem. Za precizno definiranje radnih parametara preporučena je primjena njegove računalne simulacije postupka indukcijskog kaljenja i po potrebi računalna optimizacija induktora . U radu su analizirani glavni fizikalni procesi koji određuju površinsku tvrdoću, dubinu kaljenja, oblik zakaljene zone i njenu otpornost na trošenje. Opisane su analitičke i numeričke metode za rješavanje matematičkih modela simulacije indukcijskog kaljenja. Postavljena je energijska bilanca procesa i razrađeni su matematički modeli elektromagnetskih, termodinamičkih i mikrostrukturnih procesa u obratku tijekom indukcijskog kaljenja. Navedeni matematički modeli povezani su simulacijskim algoritmom i riješeni vlastito razvijenim računalnim programom pomoću hibridne metode konačnih i rubnih elemenata (za matematički model elektromagnetskih procesa) i metode konačnih elemenata (za matematički model nestacionarnih termodinamičkih procesa). Uz simulacijski program razvijena je i baza podataka sa svojstvima indukcijski kaljenih materijala: toplinskim, električnim i magnetskim, ovisnim o temperaturi. Predloženi program provjeren je na primjerima indukcijskog kaljenja valjaka dimenzija ∅20x95 mm od čelika 42CrMo4. Izmjerene vrijednosti površinske tvrdoće i dubine kaljenja valjaka uspoređene su sa zadanim iznosima prema kojima je provedena računalna simulacija, te je ustanovljena dobra podudarnost simulacijskih i postignutih rezultata. Zaključuje se da su nužne daljnje provjere i usavršavanje simulacijskog programa i ispitivanje mogućnosti optimizacije induktora za kaljenje obradaka oblika složenijih od dugačkih ravnih i rotaciono simetričnih obradaka.

Sažetak (engleski)

The induction surface hardening process has been described at this work. For the exact definition of working parameters for this process, computer simulation is recommended. The main physical processes that determined surface hardness, depth of hardening and shape of hardened zone have been analysed. The analytical and numerical methods for solving mathematical models for the induction hardening simulation have been described. The energy balance of the induction hardening process has been set, and the mathematical models for the electromagnetic, thermodynamic and microstructural process within workpiece was proposed. These mathematical models were related by simulation algorithm and solved with own developed computer program by boundary element method (for electromagnetic process) and finite element method (for thermodynamic process). Besides the simulation program the database was developed with following properties of induction hardening materials: thermal, electric and magnetic properties depend of temperature. Proposed computer program has been tested on the cases of induction surface hardening of the cylinders dimensions ∅20x95 mm made of 42 CrMo4 steel grade. Measured values of the surface hardness and hardening depth was compared with the specified values, indicating good correspondence between the simulated and obtained values. It is concluded that further investigation and testing is necessary and they will be directed to enhancement possibilities of optimization program and to the simulation program for the more complex parts than axially symmetric or simply long parts.

• Ključne riječi: površinsko otvrdnjavanje indukcijskim kaljenjem; gašenje prskanjem; indukcijska radna ćelija; računalna simulacija; računalna optimizacija induktora; metoda rubnih elemenata; metoda konačnih elementa
• Ključne riječi (engleski): induction surface hardening; spray quenching; induction work cell; process simulation; inductor optimization; boundary element method; finite element method
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:305808
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo i brodogradnja; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (dr.sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2020-12-04 13:24:45