铸件凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟研究分析

简述了铸件凝固过程数值模拟的研究现状 ,重点介绍了铸件凝固过程中热应力场及热裂数值模拟研究的方法和发展趋势 ;指出了基于流变学模型的热应力场和热裂数值模拟是今后的热点研究方向之一。     

铸件热裂数值模拟研究进展

本文回顾了热裂数值模拟与预测的研究进展情况,着重突出了近年来用流变学理论来研究热裂、预测热裂的新方向。     

铸件热应力场数值模拟

基于有限差分法(FDM)对铸造过程热应力场进行了三维数值模拟研究，并对标准应力框试件和箱体铸件进行了热应力场模拟，得到比较满意的结果。此方法使得铸件应力应变分析与传热分析使用同一离散模型，避免了FDM／FEM不同模型之间的节点匹配及单元温度载荷传递，能使流动场、温度场、应力场数值模拟统一采用差分格式。     

镶铸件数值模拟及其热裂倾向性的判定

应用数值模拟技术对钢／高铬铸铁镶铸件的热裂问题进行了研究。以镶块和本体铸件间相对收缩速率的大小作为镶铸件热裂倾向性大小的依据,并给出了基于温度场数值模拟的相对收缩速率的表达式和临界热裂判据式。数值模拟结果表明：提高浇注温度和减小镶块镶入部分宽度均可减小相对收缩速率的大小。     

铸件热裂数据模拟研究进展

本文回顾了热裂数值模拟与预测的研究进展情况,着重突出了近年来用流变学理论来研究热裂,预测热裂的新方向。     

铸件热裂预测研究进展

简述了铸件热裂的形成机理,重点介绍了铸件热裂预测的研究方法和发展趋势,基于流变学模型的热裂数值模拟是一个很有意义的研究方向之一。     

铝合金铸热裂预测数值模拟研究进展

热裂是铝合金熔铸过程中常见的一种铸造缺陷,是工业生产大型均质无缺陷铸锭所面临的重要挑战之一.尽管经过几十年的研究提出了很多理论和模型,但是在对热裂本质的认识上仍存在很多不足和局限性.本研究从固液两相区的性能测量,数值模拟研究所需边界条件的设置,热裂判据的开发及数值模拟的应用等多个方面,总结了铝合金熔铸热裂预测研究中数值模拟方面的研究进展,并就其发展方向提出了建议.     

拨叉热裂数值模拟与分析

在采用熔模精密铸造生产拨叉的过程中,热裂是常见的铸造缺陷。为了充分分析热裂产生的原因,本文采用铸造仿真软件Procast对铸造过程进行模拟,对流场、温度场、应力场进行了模拟和分析,预测和分析热裂产生的位置,结果表明:拨叉铸造过程中,局部区域应力集中,在缩孔附近产生热裂纹。通过降低浇注温度,提高模壳预热温度,增大凸台过渡倒角,可以减小应力集中,从而避免热裂。     

缩变场数值模拟的研究及热裂判据的建立

依据质量守恒定律及热裂形成机理，建立了缩变场模拟的数学模型。考虑到铸型对铸件缩变速度的影响，提出了用衡量型（芯）退让性指标ａ对原数学模型进行修正，并给出以修正前后缩变速度比值及退让性系数ａ为主要参数的热裂判据式。     

基于有限单元法的铸件热应力场数值模拟

重点论述了基于有限单元法(FEM)对铸件热应力场进行数值模拟的理论基础和实际方法,开发了基于有限单元法的铸造热应力场模拟程序.采用典型试件进行了算例验证,并与ANSYS的模拟结果及实际铸件浇注结果进行了对比,结果吻合.研究表明,开发的基于有限单元法的铸件热应力场数值模拟程序,模拟结果精确,运行可靠.     

铝合金铸件凝固过程效应力数值模拟

通过铝硅合金准固态力学行为和流变性能的测试，获得了该合金铸件凝固过程应力应变本构方程。并在此基础上开发了考虑材料高温力学性能，分析三维轴对称铸件凝固过程热粘弹塑性问题的热应力模拟程序，对带热节铝硅合金铸件的计算表明，计算结果与实验结果吻合较好。     

喷丸残余应力对裂纹闭合效应影响的数值仿真

基于裂纹闭合效应,利用ABAQUS软件建立用于预测残余应力场中疲劳裂纹扩展特性的弹塑性有限元模型。考虑塑性和残余应力场对裂纹闭合的作用,分析残余应力、应力比和裂尖单元尺寸对裂纹闭合效应的影响。研究结果表明:未喷丸试样的裂纹闭合类型为塑性诱导裂纹闭合,喷丸残余应力场中的裂纹闭合为塑性和残余压应力共同作用,且裂纹张开力的大小与残余应力的分布相对应;正应力比越大,裂纹闭合效应越不明显,疲劳裂纹扩展速率越快;裂尖单元尺寸小于塑性区范围时可以真实反映裂尖的闭合状态;喷丸残余压应力通过提高裂纹闭合力,增强裂纹闭合效应,抑制疲劳裂纹扩展。     

基于FDM/FEM联合的铸件凝固过程热应力数值模拟的研究

为了模拟铸件凝固过程的热应力场，开发了基于华铸CAE（FDM）和ANSYS（FEM）联合的铸件凝固过程热应力场数值模拟集成系统，并计算了应力框试件的应力和位移。应力框的变形模拟与公认结果符合较好，实现了FDM／FEM联合进行铸件凝固过程的热应力数值模拟，为进一步模拟分析热应力和进行热裂预测奠定了一定的基础。     

ZF钢连铸坯热应力的计算机模拟分析

为了解决ZF钢连铸过程中经常出现的表面裂纹问题,构建了几何物理模型,确立了借助于ADSTEFAN软件求解热应力和实测钢坯温度场相结合的方法。通过模拟不同过热度、不同拉速和结晶器不同锥度的浇注和凝固过程,分析它们的应力分布趋势。结果发现,随着拉速的提高,坯壳产生的热应力逐步减少。但拉速过快,坯壳厚度变薄,容易造成漏钢事故,有的可能产生重接,经过轧制产生表面裂纹。因此在提高拉速的同时应防止拉速过快产生漏钢、重接事故。随着过热度的提高,坯壳产生的热应力增加。因此在生产过程中应尽可能降低过热度来减少热应力。随着结晶器锥度的增加,坯壳产生的热应力增加,在实际生产时要选择合适的锥度,防止热应力的增加,因此在相同的条件下,坯壳角部的热应力比其他部位的热应力大得多。在结晶器的设计时应采用圆弧角,这样可有效减少热应力的产生。另外,拉速对热应力的影响要大于过热度的影响。     

Numerical Simulation of Temperature and Stress Fields of Ti-Alloy Thin-well Barrel during Quenching Process

TJ-6A1-4V(TC4)alloy is widely used in biomedicaland aerospace industries due to its high strength toweight ratio,excellent corrosion resistance andexceptional biocompatibility.However,during coolingof TC4alloy a larger temperature difference betweenits center and surface and phase transition can be easilyproduced due to its smaller coefficient of heatconduction compared with other metal materials,which leads to a formation of thermal stress in thisworkpiece.The combined impacts cause plastic…     

铸造热应力场数值模拟研究的最新进展

时至今日,铸造充型、凝固过程数值模拟已经进入了工程实用化阶段,铸造过程计算机模拟仿真的研究,重点正在由宏转向微观,同时热应力场分析及是宏观模拟的研究热点和难点之一,本文重点介绍了热应力场数值模拟采用的数学模型,数值方法及最新进展,并展望了今后的发展趋势。     

铸造过程中的应力场数值模拟

铸造过程中的应力数值模拟在生产中有重要的作用，同时也是一个难点。本文介绍了铸造过程中的应力场数值模拟的一些基本问题，并指出了今后应力场数值模拟研究的重点与发展方向。