Quenching simulation including manufacturing variations by the low-dimensional cellular automaton method

通过低维元胞自动机方法进行淬火模拟，包括制造变化

基本信息

批准号：
21K14061
负责人：
杉本剛
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Asahikawa National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14061/
关键词：
焼入れセルオートマトン沸騰流ばらつき

项目摘要

本研究の目的は従来高規模に集積された計算機でしかシミュレーションができなかった非定常サブクール沸騰におけるの熱伝達の様子を，「低次元セルオートマトン法」により超低負荷で計算する手法を開発することである．低負荷の計算によりサブクール沸騰が内包する「複雑性」(～繰り返し不安定性)を繰り返し計算にて解けるようになる．これを産業的に活用すると，熱処理工程で問題になる繰り返し品質ばらつきや，種々冷却・熱輸送装置の不安定性等がMBD(モデルベース開発)上で取り扱えるようになる．本研究では初年度にセルオートマトンの構築を行い，2年目にその検証と，実部品形状への拡張を行った．セルオートマトンでシンプルな条件下で焼入冷却が正しく計算できていることが確認できた．実験との比較により，蒸気膜の複雑性(繰り返し処理時の不安定性)を精度良く再現する為には振動現象のマルコフ性を再現する必要がある事がわかった．マルコフ性を精密に再現する為，作成したセルオートマトンに，蒸気膜振動の波動方程式を実装することで実際の蒸気膜崩落現象を良く再現できることがわかった．再現された蒸気膜崩落現象を基にサブクール沸騰焼入れによる焼入れ熱伝達率の部品表面内分布を算出し，熱処理品質・変形シミュレーションを行った．熱処理変形予測結果は実体を良く再現し，本手法が熱処理品質・変形の繰り返しバラツキ予測に有意義な事が確認できた．また焼入初期に発生する熱変形が焼入完了時の熱処理変形に残留し熱処理後変形として表れていることが分かった．以上より低次元セルオートマトン法が実体を再現して実装できたことが確認でき，これにより実際の熱処理現象で起こる熱処理変形要因解析に用いる事ができるとわかった．

这项研究的目的是开发一种计算非平稳化亚冷沸腾的传热方法，以前只能使用“低维细胞自动机方法”以极低的负载来模拟该方法。通过计算低负载，可以通过重复计算来解决亚冷沸腾中包含的“复杂性”（或重复不稳定性）。如果在工业上使用了这一点，则可以在MBD（基于模型的开发）上处理热处理过程中的重复质量变化以及各种冷却和热传输设备的不稳定性。在这项研究中，我们在第一年构建了一个细胞自动机，第二年我们对其进行了验证并将其扩展到实际部分形状。已经证实，使用细胞自动机在简单条件下正确计算了淬火和冷却。将其与实验进行比较，发现为了准确再现蒸气膜的复杂性（重复处理过程中的不稳定性），必须复制振动现象的马尔可夫本质。为了准确地重现马尔可夫特性，发现通过在创建的细胞自动机中实现振动膜振动的振动方程，可以很好地再现蒸气膜塌陷现象。基于再现的蒸汽膜塌陷现象，计算了通过亚冷沸腾淬灭的淬火传热系数的分布，并进行了热处理质量和变形模拟。热处理变形预测的结果得到了很好的再现，我们证实该方法对于预测热处理质量和变形的重复变化有意义。还发现，在淬火完成时，在淬火开始时产生的热变形保留在热处理变形中，并表现为热处理后的变形。从上面可以证实，可以通过再现该物质来实现低维细胞自动机方法，并且可以用来分析在实际热处理现象中引起热处理变形的因素。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Complexity Simulation for Vapor Film Collapse

汽膜破裂的复杂性模拟

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Quenching of long bar with keyway

带键槽长棒材淬火

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Visualization of vapor film collapse mode during unsteady boiling on oil quenching by using cellular automaton simulation

使用元胞自动机模拟可视化油淬非稳态沸腾过程中的汽膜崩溃模式

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
Proceedings of 27th International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering
影响因子：
0
作者：
南澤健太;尾木孝之;吉村敏彦;井尻政孝;菊池将一;加藤文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一，松岡俊汰，佐藤一教;井尻政孝;加藤文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一;松岡俊汰，南澤健太，加藤文浩，吉村敏彦，井尻政孝，菊池将一;Tsuyoshi Sugimoto;Tsuyoshi Sugimoto
通讯作者：
Tsuyoshi Sugimoto

Vapor film collapse mode estimation tool QCCA

汽膜塌陷模式估算工具QCCA