【摘 要】
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随着制造业的发展，对工件质量与性能的要求越来越高。在生产过程中，一般通过实施一定的加热工艺来改变工件的微观结构、力学性能、表面特性，以适应其使用条件。但由于工件加热过
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随着制造业的发展，对工件质量与性能的要求越来越高。在生产过程中，一般通过实施一定的加热工艺来改变工件的微观结构、力学性能、表面特性，以适应其使用条件。但由于工件加热过程的复杂性，现有的工件加热过程控制技术仅仅局限于加热速度、保温时间少数过程参数，在提高工件性能、能源利用率与设备利用率方面均存在较大的潜力。
基于传热学、奥氏体相变动力学和热应力理论，本文通过设备调研和理论分析针对矩形断面钢铁工件的加热过程建立了在线仿真监控模型。在该模型中，通过对材料物性参数的数学插值处理，得到了物性参数随温度变化的函数表达式；然后，采用交替隐式差分法进行数学离散，并使用MATLAB软件编制温度场求解程序。并且，根据温度场求解结果，计算出对应的相组织场与热应力场。其中工件热应力的计算方法采用有限元，计算过程中引入插值函数，成功实现有限差分模型向有限元模型的转换。该计算程序具有速度快、无条件稳定的特点；
采用MATLAB中的GUI组件，设计出了工件加热过程在线仿真监控系统的人机交互界面，包括登录界面、防止意外退出界面、工件材质与几何尺寸读取界面、监控参数界面、工件材料物性参数读取界面。
搭建了包括电阻炉、控制装置、温度测量装置、微电脑的试验系统，对加热过程中工件内部特定点的温度进行了在线检测，将其信号直接输入该在线仿真监控系统，在微电脑上实时显示工件内部的温度场、热应力场、相结构场及其随时间的变化过程。结果表明，工件内部温度在线仿真结果与测量数据基本吻合，本文建立的矩形断面钢铁工件监控系统能够应用于工件加热过程的在线仿真监控。
本文开发的工件加热过程在线仿真监控系统，用于监控加热过程中工件的温度、热应力、相结构等加热质量指标，对于提高加热过程的控制精度，降低加热能耗，改善工件加热质量，具有较高的实际应用价值。
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