基于Pro／E预处理的ProCAST有限元网格生成方法

对铸件模型进行有效的网格划分是进行铸造过程数值模拟研究的前提和关键,在使用ProCAST的前处理模块进行复杂铸件网格划分过程中就时常遇到困难。介绍了一种基于Pro／E与ProCAST有限元网格传递的网格生成方法,在Pro／E平台上完成实体模型的创建和面网格划分工作,而后通过提取ANSYS命令流文件中的节点和单元信息将面网格模型传递到ProCAST前置处理模块中进行后续处理。这极大地克服了ProCAST网格划分的局限性,网格生成质量好,成功率高,为大型复杂铸件的网格模型生成提供了一种新的途径。     

界面反应产物对B4C/Al复合材料颗粒润湿性及界面强度的影响机制

采用搅拌铸造法制备了B₄C/Al复合材料,利用实验分析结合第一性原理计算的方法,探讨了界面反应产物Al₃BC和TiB₂对B₄C/Al复合材料颗粒润湿性及界面结合强度的影响机制。结果表明,界面反应产物为Al₃BC时,B₄C颗粒润湿性没有得到实质性改善,存在明显的颗粒团聚现象,界面结合强度较低且过度的界面反应使B₄C颗粒分解损耗严重,导致B₄C颗粒增强效果不明显;而通过添加Ti元素使界面反应产物为TiB₂时,颗粒润湿性明显改善,B₄C颗粒团聚现象显著减少,界面结合强度较高,力学性能得到显著提高。这主要是由于不同终端的Al（111）/TiB₂（0001）界面黏附功均大于Al（111）/B₄C（0001）的界面黏附功,表明界面反应产物TiB₂可以提高B₄C颗粒的润湿性,而界面反应产物Al     

电渣熔铸速度对金属凝固组织的影响

采用移动传热边界法及CAFE法,模拟了在不同熔铸速度下铸锭晶粒的生长过程以及二次枝晶臂间距的分布,进而探讨了熔铸速度对铸件凝固质量的影响。结果发现,电渣熔铸过程中,金属熔池的形状决定了柱状晶的生长方向。随着熔铸速度的增加,生长方向与熔池上升方向之间的夹角也增大,这会造成铸件力学性能的降低。二次枝晶臂间距是决定铸件冶金质量的一个重要因素,其是铸件局部冷却速度的函数。随着熔化率的增加,二次枝晶臂间距减小,这有利于减小铸件中的晶内偏析及显微缩孔的产生,从而有利于提高铸件质量。熔铸速度是电渣熔铸过程的主要控制参数,对铸件凝固质量有很大的影响,太高或太低的熔铸速度均会造成铸件凝固质量的降低。     

增强颗粒形状、体积分数及分布对原位自生TiC/AZ91复合材料失效行为的影响

采用图像处理、识别技术和边缘提取技术,获取TiC/AZ91复合材料真实的颗粒形貌和分布,构建了含有不同颗粒形状、不同颗粒体积分数及分布的有限元数值计算模型。借助ABAQUS有限元软件研究拉伸过程中增强颗粒不同形状、体积分数和分布对TiC/AZ91复合材料应力分布影响,探讨材料失效行为的影响规律及机制。结果表明:与圆形颗粒相比,增强颗粒为正方形时,复合材料失效面积最大,失效最为严重;增强颗粒体积分数越大,复合材料更容易产生失效;颗粒团聚比颗粒均布增强效果差,颗粒团聚与颗粒均布的失效面积比值(y)和拉伸载荷(x)之间呈线性关系:y=-0.041x+6.54。     

颗粒尺寸对TiC/AZ91镁基复合材料力学性能的影响

建立了TiC/AZ91镁基复合材料的三维有限元模型,通过ABAQUS有限元软件研究了拉伸过程中TiC增强颗粒尺寸对TiC/AZ91镁基复合材料力学性能的影响。结果表明:对于单一尺寸颗粒TiC/AZ91镁基复合材料,TiC颗粒的失效比随着TiC颗粒尺寸的减小而增大,复合材料的屈服强度随着TiC颗粒尺寸的增大而减小;对于混杂尺寸颗粒的TiC/AZ91镁基复合材料,复合材料所受最大应力分布在该材料的小尺寸颗粒处,小尺寸颗粒所占比例越大,颗粒失效比越高。     

浇注系统设计对铸件夹渣行为的影响研究

采用分散相粒子模型对铝合金重力浇铸件的夹渣行为进行了模拟,通过实验对该模型的可靠性进行了验证.在此基础上设计了4种浇注系统并进行了挡渣模拟,以探索浇注系统对铸件夹渣行为的影响.结果表明:半封闭平直横浇道具有离心式集渣包的浇注系统,可以显著减少铸件夹渣.利用横浇道降低金属液的流动速度,延长渣粒的运动距离,促进渣粒上浮运动是提高浇注系统挡渣效果的关键.     

铸造过程中渣粒运动轨迹及夹渣位置研究

铸件中的夹渣缺陷破坏了材料的连续性,易形成局部应力集中和疲劳裂纹扩展源,严重地影响了铸件的服役性能。由于渣粒数量众多,运动轨迹复杂,对其运动轨迹及停留位置预测较困难。本文通过铝合金应力框铸件的浇注试验,基于分散相粒子模型进行了充型和凝固过程中渣粒运动轨迹跟踪,分析了等直径二氧化硅渣粒在铸件和浇注系统各个关键位置的运动特征,获得了充型和凝固过程中金属液的流动规律、温度变化特点对渣粒运动轨迹及最终停留位置的影响规律。结果表明,金属液在充型过程中的局部流场特点和充型路径对夹渣缺陷的分布有较大的影响,型腔中产生涡旋流场处和流量较大的区域均易出现夹渣缺陷。同时验证了冒口具有明显的局部集渣作用,合理的开设和布置冒口能有效地降低铸件夹渣率。采用分散相粒子模型能有效地预测铸造过程中夹渣粒子的运动轨迹,为提高铸件质量提供参考。     

基于分散相模型的连铸钢包内渣粒运动轨迹分析

夹杂物含量对钢材的力学性能有着极大的影响,钢包下渣是连铸过程中外界夹杂物引入的主要途径,对下渣过程的预防和控制是连铸生产的关键问题.采用分散相粒子模型模拟了底注式连铸钢包内金属液与渣粒混合相的运动过程.对随机选取的30个渣粒子的随流运动进行了全程跟踪,研究了渣粒运动的两个阶段:表层汇聚阶段和快速卷入下行阶段.结果发现,单个渣粒子的运动具有随机性,而渣粒子群的整体运动行为具有统计学特征.在此基础上分别研究了渣粒大小和渣粒密度对钢包下渣高度及下渣时间的影响,发现渣粒尺寸对平均下渣高度和平均下渣时间的影响显著,而渣粒密度对下渣过程的影响较小.     

基于铸造缺陷信息叠加算法的有限元疲劳分析

铸件中铸造缺陷破坏材料的连续性,易引起材料局部应力集中和易为疲劳裂纹扩展源。但由于铸造缺陷特征的表征十分复杂,使得目前无法构建含缺陷的力学模型。针对装载机摇臂铸件,采用了有限元网格模型传递及缺陷信息叠加算法,建立了包含铸造缺陷信息的非均质网格模型,在此基础上进行了无缺陷摇臂铸件与含铸造缺陷的摇臂铸件的结构及疲劳对比分析。结果表明:铸造缺陷会在铸件内形成局部应力集中,在相同的加载条件下时,含缺陷的摇臂铸件的应力集中度比无缺陷的摇臂铸件大,且铸造缺陷周围会出现明显的低疲劳寿命区域;在采用脉冲载荷历程情况下,铸件中的缺陷使得该部件疲劳寿命降低1/3以上。     

镁合金转向器铸件真空压铸过程的模拟研究

针对汽车镁合金转向器铸件,采用数值模拟的方法研究了其真空压铸成形过程,分析了在高真空度条件下金属液充型的特点,并在此基础上对比研究了在高真空度、低真空度以及常压条件下充型及凝固的规律。结果表明,提高型腔真空度能有效地提高金属液充型能力,避免铸件内气孔的产生,但对缩孔、缩松缺陷的形成没有影响。