基于有限差分网格的发动机缸体铸件热应力模拟

对发动机气缸体铸件从浇注完到开箱落砂后的铸造过程应力场进行计算机数值模拟.为了实现形状复杂铸件的热应力分析,应用了有限差分网格向有限元网格的转换方法,得到缸体的有限元模型,并将该模型与经过大量简化后直接剖分得到的有限元模型进行了比较.在此有限元模型的基础上,采用FDM/FEM集成铸件热应力分析系统实现了对发动机缸体铸件热应力分析,模拟结果和实际生产情况相吻合.     

铸件热应力影响因素研究

应用应力框灰铸铁试件研究了温度载荷的时间步长和有限元网格尺寸大小等因素对铸件热应力数值模拟结果的影响。在一定条件下,温度场载荷的时间步长对计算精度影响不大但影响计算的效率。当网格数量不大时,减小有限元网格尺寸可以明显提高计算精度,计算的时间增幅不大;当网格数量增加到一定程度后,增加网格数量,计算精度提高幅度较小,而计算时间大幅度增加。所以在满足计算精度的前提下,应选择适当的网格尺寸。     

铸件热应力影响因素研究

应用应力框灰铸铁试件研究了温度载荷的时间步长和有限元网格尺寸大小等因素对铸件热应力数值模拟结果的影响。在一定条件下，温度场载荷的时间步长对计算精度影响不大但影响计算的效率。当网格数量不大时，减小有限元网格尺寸可以明显提高计算精度，计算的时间增幅不大；当网格数量增加到一定程度后，增加网格数量，计算精度提高幅度较小，而计算时间大幅度增加。所以在满足计算精度的前提下，应选择适当的网格尺寸。     

柱形壳网格结构极限承载力的有限元分析

通过对光筒柱形壳极限承载力的有限元分析及其与理论计算结果的比较,检验了采用有限元法分析柱形壳结构临界载荷的合理模型,并通过对铝铸件柱形壳网格结构屈曲载荷的有限元分析,研究了加强筋网格尺寸、蒙皮厚度等对柱形壳网格结构极限承载力的影响,从而为柱形壳网格结构的优化设计提供了分析基础和有效途径.     

铸件三维有限差分网格剖分技术研究

在分析三维STL文件格式数据结构的基础上，详细介绍了网格剖分技术。在处理奇异点方面采用了合理的方法来避开，所生成的三维直角六面体网格为金属凝固数值模拟采用有限差分法计算提供了铸件和铸型实体的空间位置信息，并给出适用于任意复杂铸件形体的三维网格剖分程序，通过实际应用证明了程序的实用性。     

两种不同约束条件下发动机缸体铸件热应力场的数值模拟

采用FDM/FEM集成热应力分析系统(其中采用铸造之星FT-STAR进行温度场计算,ANSYS进行热应力场计算,采用FT-STRESS进行有限差分网格向有限元网格转换和有限差分/有限元温度载荷转换),对某厂柴油机发动机缸体铸件进行从浇注到冷却至室温全过程的温度场、热应力场数值模拟,得到冷却变形情况及残余应力分布,并研究比较了将气缸处砂芯考虑为部分刚性,和将砂芯考虑为完全退让性的两种不同约束模拟方案对计算结果的影响。前者应力值和变形值远远大于后者的结果。     

基于ANSYS的铸造过程热应力双向耦合模拟

为提高铸造过程温度场和应力场的模拟精度,开发了基于ANSYS的铸造过程热应力双向耦合模拟的FEM/FEM集成系统.系统使用接触单元处理铸件·铸型间的相互作用,采用一致的有限元网格模型模拟温度场和应力场,并实现了温度场-应力场的相互影响.最后使用该系统进行了应力框铸件的实例验算,模拟结果与实验结果吻合良好.     

冲压成形仿真中工件自轮廓映射网格划分方法的研究

提出了一种基于模具曲率半径的型面轮廓映射网格划分方法,即根据冲压件的型面曲率特征,将其轮廓线映射到初始坯料上,针对不同区域进行局部细化。通过S形轨道件冲压成形过程的有限元仿真,将采用该方法计算的回弹结果和采用自适应网格划分方法计算的回弹结果与实验数据进行比较、分析,证明了该方法的可行性。     

基于FDM/FEM耦合的铸造热应力分析

使用华铸CAE铸造模拟软件模拟铸造过程的温度场,通过自主开发的温度转换模块,将华铸CAE计算的温度场结果转换为有限元温度载荷,并加载到ANSYS的有限元模型中,进行铸造热应力分析.使用ANSYS中的接触单元处理铸件与铸型之间力的相互作用,对典型应力框试件进行了热应力分析,并与自由收缩模型的计算结果进行了对比.结果表明,采用接触单元法的计算结果更为准确.     

金属塑性成形有限元六面体网格自动划分

六面体网格具有计算精度高、网格数量少等特点 ,是工程三维有限元分析一种重要网格。本文提出了一种基于栅格的六面体网格自动划分方法 ,它首先采用栅格法生成核心网格 ,然后把核心网格与模型边界拟合 ,为克服由于边界拟合造成的表面网格质量下降 ,采用包络表面网格的方法生成零厚度表层网格 ,通过表面网格平滑和内部节点位置平滑处理 ,最终生成具有较高质量的全六面体网格。网格划分实例说明 :该法具有原理简单 ,算法可靠 ,编程方便 ,划分网格质量高等特点。最后还对该算法进行了讨论。     

Improved thermal stress analysis for castings

Abstract

Three algorithms are presented to address three problems in stress analysis of castings: difficulties for enmeshment of complicated casting into finite element meshes, coupling of thermal and stress analysis, and determination of inverse deformation, respectively. An algorithm of conversion of finite difference meshes into finite element meshes is achieved by reformatting the data of meshes. An algorithm of the heat transfer coefficient at the casting/mould interface is presented and the coupling of thermal and stress analysis is realised with the feedback of stress and deformation to heat transfer. Machining allowance is applied as a criterion for deformation evaluation of castings. And insufficient machining allowance is transformed to inverse deformation which is fed back to the original casting design for recalculation of stress and deformation. Therefore, the design of casting with appropriate inverse deformation is obtained. Case studies about a cylinder block and a hydro turbine blade casting are illustrated.     

Modeling and simulation of 3D thermal stresses of large-sized castings in solidification processes

When heavy machines and large scaled receiver system of communication equipment are manufactured, it always needs to produce large- sized steel castings, aluminum castings and etc. Some defects of hot cracking by thermal stress often appear during solidification process as these castings are produced, which results in failure of castings.Therefore predicting the effects of technological parameters for production of castings on the thermal stress during solidification process becomes an important means. In this paper, the mathematical models have been established and numerical calculation of temperature fields by using finite difference method (FDM) and then thermal stress fields by using finite element method (FEM) during solidification process of castings have been carried out. The technological parameters of production have been optimized by the results of calculation and the defects of hot cracking have been eliminated. Modeling and simulation of 3D thermal stress during solidification processes of large-sized castings provided a scientific basis, which promoted further development of advanced manufacturing technique.     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

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.     

WC-Co梯度硬质合金的本构关系及应用

功能梯度硬质合金实现了高硬度与高强度的完美结合. 然而, 由于材料成分及物性的梯度变化使得材料内部的残余热应力影响了产品的性能. 为了分析制备及服役过程中梯度硬质合金中残余应力的影响, 通过定义弹性约束因子和引入塑性约束因子得到了材料的弹塑性本构关系. 将此本构模型结合有限元方法得到了梯度硬质合金内部残余热应力的分布. 数值计算结果表明: 残余热应力主要集中在样品近表面的梯度区. 在富钴区出现了拉应力, 而在表明出现了压应力, 表面最大压应力有380MPa. 同时, 采用X射线衍射法测试了样品的表面应力, 得到的结果是-379.75Mpa. 实验观测与数值模型符合较好.     

纤维增强金属基复合材料中轴向热残余应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,通过显微复合材料模型,系统地分析了纤维直径、TiC 中间层厚度、纤维体积分数和制备温度等因素对SiC纤维增强Cu基复合材料轴向热残余应力的影响特征.结果表明,纤维直径的变化并不影响热应力的人小,但直径越小应力梯度越大;TiC中间层的厚度变化对自身及基体中的应力影响较小:但制备温度的变化对TiC层中的热应力影响较大;纤维体积分数的变化对纤维和基体中的热应力也有着非常显著的影响.     

Thermal residual stresses and stress distributions under tensile and compressive loadings of short fiber reinforced metal matrix composites

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＤｕｅｔｏｌａｒｇｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｉｂｅｒａｎｄｔｈｅｍａｔｒｉｘａｎｄｓｐｅｃｉａｌｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｓｈａｐｅｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒ ,ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｅｓ (ＴＲＳ) ｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｃｏｏｌｉｎｇｆｒｏｍｈｉｇｈ(ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ)ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈａｖｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅ…     

Experimental and Simulation Analysis of Thermal Shock with Rapid Heating Followed by Water Quenching for CuW70 Alloys

通过铜钨合金在快速加热后水冷的热冲击实验,研究了材料在热冲击后的力学性能变化。另外,应用有限元方法分析了合金在热冲击过程中的温度及热应力的分布及变化。结果表明,随着热冲击次数的增加,材料的强度减小而韧性明显增加;热冲击中,最大热应力出现在加热及冷却阶段的开始时刻,多次热冲击过程中,材料的内部和外部承受着在拉应力与压应力之间相互转换的交变载荷。