挤压铸造凝固过程热-力耦合模拟 Ⅰ.数学模型及求解方法

开发了模拟挤压铸造凝固过程中铸件温度、应力及形状变化的有限元模型.该模型包括了凝固过程中潜热的释放和体积收缩效应、界面传热和变形的相互作用以及凝固壳在冲头压力下的变形等.应力场模拟中采用热弹粘塑性本构模型描述凝固壳的变形,并对液相和糊状区进行了特殊处理.利用接触算法处理铸件与模具界面,并且采用一种特殊的迭代法来模拟冲头的运动.该模型可以用来研究模具设计和工艺参数(如模具温度及冲头压力等)对铸件质量的影响.     

挤压铸造过程热-力耦合分析的有限元模型

开发了模拟铝合金挤压铸造凝固过程铸件温度、应力及形状变化过程的有限元模型。该模型包括了凝固过程的潜热释放和体积收缩效应、传热和变形通过界面气隙的相互作用、以及凝固壳在冲头压力作用下的变形过程等。应力场模拟中采用热弹粘塑性本构模型来描述凝固壳的变形,并对液相/糊状区进行了特殊处理。利用接触算法处理铸件与模具界面,并且采用一种特殊的迭代法来模拟冲头的运动。该模型可以用来研究模具设计、工艺参数(如浇注温度、冲头压力、加压时间等)对铸件质量的影响。     

挤压铸造铸件凝固过程热力耦合分析

用热力耦合方法分析了锌铝合金挤压铸造凝固过程中的温度场以及由此产生的应力、应变场.对传热系统模型中的对流、辐射边界条件和凝固潜热进行了处理.建立了热粘弹塑性有限元模型,用有限元软件进行数值计算分析,并给出了计算结果.     

THERMOMECHANICAL MODELING OF SOLIDIFICATION PROCESS OF SQUEEZE CASTING II. Numerical Simulation and Experimental Validation

基于本工作第I部分建立的挤压铸造凝固过程热--力耦合数学模型及求解方法, 开发了相应的模拟计算软件. 基于Gleeble高温力学行为测试数据所得的本构关系, 采用开发的软件对不同工艺条件下A356铝合金挤压铸造凝固过程进行了模拟计算, 模拟结果与实验结果一致, 表明所建立的模型对挤压铸造过程热和力的分析是正确的.     

A356铝合金挤压铸造过程数值模拟与试验验证

借助ProCAST软件,对A356铝合金构件挤压铸造过程进行了数值模拟研究。结果表明,凝固从铝熔体与模具的接触面开始,拐角区中心处最后凝固。随浇注温度和模具温度升高,凝固时间增加,但比压的增加导致凝固时间缩短。拐角区等效应力最大,中心区等效应力最小。随浇注温度和模具温度升高,最大等效应力下降。最优工艺参数:浇注温度为680～720℃,模具温度为200～300℃,比压大于200MPa。成形试验表明,在优化工艺参数下,成形件充型完整,表面品质高,组织致密,无铸造缺陷。     

汽车副车架挤压铸造凝固过程热-力耦合模拟

根据挤压铸造凝固过程的基本物理规律和特点,提出了一种基于ANSYS的挤压铸造凝固过程热-力耦合模拟方法。模拟中考虑了热收缩和相变收缩,材料凝固和受力状态下的力学行为、潜热释放规律,以及界面传热与变形之间的相互作用。通过对阶梯试样的模拟,展示了模拟方法的有效性,模拟结果在一定程度上描述了铸件凝固过程的温度变化,同时较好地显示了挤压铸造凝固过程中挤压力的传递和衰减。最后,利用此模拟方法对汽车副车架的挤压铸造凝固过程进行计算,并根据模拟结果对工艺方案进行了优化。     

基于热-力耦合法的高速车地板焊接变形数值模拟

基于热-力耦合的有限元法,对高速车地板大型复杂铝合金挤压中空型材结构的拼焊过程进行了数值模拟.为了提高计算精度,试验测试了随温度变化的材料动态力学性能参数及热物理参数,并采用移动双椭球体热源模型模拟MIG焊接热源.对多个高速列车地板结构的焊后挠曲变形进行了现场测试.结果表明,模拟计算结果与测试数据具有很高的吻合度.基于热-力耦合的有限元法并将材料动态高温性能参数带入模拟计算的方案能够为大型复杂结构的焊接变形预测提供高效、高精度的技术手段,为目前结构的制造工艺改进及新产品的开发提供数字化的研究平台.     

6201铝合金挤压成型过程模拟分析及实验验证

以6021铝合金为研究对象,利用实验结合计算机有限元软件分析了该材料在扩展挤压成形过程中的温度场、流动场分布,并讨论了浇注温度和各环节流动情况对产品成形效果的影响。结果表明,6021铝合金经过连续流变扩展挤压后形成管材,在辊-靴型腔内的合金熔体温度呈降低趋势,半固态区间随着浇注温度的升高而逐渐下移。     

奥迪B柱热冲压成形热-力-相变耦合仿真分析

基于LS-DYNA软件,建立了B柱热冲压模型.采用热-力-相变耦合分析方法,得到了板料的温度、厚度、组织及应力、应变的分布.模拟结果表明:热成形零件的组织是近完全马氏体(wt％,0.008铁素体,0.01珠光体,0.01贝氏体,96.68马氏体);硬度为513HV;屈服强度为734.2MPa;厚度为1.11～2.18mm.模拟结果与实验较吻合,表明所建立的热-力-相变耦合数值模型是可信赖的.     

铝合金间接挤压铸造抽芯力的分析与计算

带孔零件间接挤压铸造时,液态金属在压力下凝固收缩对型芯产生的包紧力。包紧力的大小与铝液浇注温度、 成形压力、孔径尺寸、模型材料的物理性质等有关。通过对铝合金挤压铸造成形时的凝固分析,推导出了芯轴抽芯力的计 算公式,该计算式也适用于其他液态金属成形方法。     

角接触球轴承热-力耦合建模方法研究

在研究角接触球轴承热-力耦合建模方法的过程中,通过分析滚动轴承动力学建模、角接触轴承热-结构建模以及接触轴承热-力耦合建模及其特性,使轴承热分析流程得到简化,使角接触球轴承热-力耦合建模方法更具普遍性、广泛性,突破了有限元建模过程,确保更多人员可以应用此方式开展工作。     

汽车前立柱下角撑热成形热-力-相变耦合仿真分析

依据相变动力学理论,对高强度钢板热成形微观组织转变与力学性能预测模型进行研究。基于该模型建立汽车前立柱下角撑的热成形有限元模型,采用热-力-相变耦合分析方法对热成形过程进行仿真分析,得到制件的温度、组织和硬度的分布及变化。以高强度硼钢USIBOR1500为试验材料对汽车前立柱下角撑进行试制,并从成形件上取样进行微观组织分析和力学性能测试。结果表明,成形件的微观组织为均匀板条状马氏体,抗拉强度达到1 400MPa以上,3个典型位置的硬度均大于450HV,且力学性能分布与模拟结果一致,验证了所建立模型的可靠性。     

铝合金变速箱箱体挤压铸造工艺设计与验证

采用有限差分法对铝合金变速箱箱体的挤压铸造过程进行了数值模拟。根据充型、凝固过程的数值模拟结果,判断铸件产生缺陷的原因;针对模拟的缺陷进行工艺方案改进,并通过实验数据验证了数值模拟结果的有效性;可为同类产品的工艺设计和生产提供指导。     

挤压铸造舵面的液流充型过程数值模拟

以实际生产过的零件尺寸和工艺方案为依据,建立了挤压铸造舵面三维网格模型,计算了相应的边界条件,对充型过程中液体流动进行了数值模拟。结果表明,挤压铸造舵面充型过程中压力流和反射流的汇聚点处在舵面的右上方,并伴有搅动的液流和气体出现。与舵面实际生产情况相比较,这个部位也正是出现缺陷最多的地方。模拟结果与实际生产结果符合较好。     

AgNi10触头材料闭合接触阶段的热-电-力耦合分析及实验研究

建立了描述直流闭合接触阶段AgNi10电接触材料受热-电-力耦合作用的数学模型,通过有限元法采用顺序耦合方式计算了固定接触阶段AgNi10触头材料接触区的温度场、应力应变场等,计算过程考虑了材料物理力学特性随温度的变化、接触电阻以及符合实际工作环境的边界条件等。结果表明:电流密度沿接触区域非均匀分布,形成环形热源;在热-电-力耦合作用下,热应力集中区由接触中心向触头内部扩展,同时,接触界面的边缘处也出现了热应力集中区,热应力集中区容易成为裂纹源,这一计算结果与实验现象基本一致。     

A356铝合金轮毂半固态挤压铸造成形数值模拟

通过建立A356铝合金的半固态表观粘度模型,采用计算机模拟方法对A356铝合金轮毂半固态挤压铸造成形工艺进行了研究.通过分析挤压速度、半固态浆料充填温度及模具预热温度对铝合金轮毂半固态成形性能的影响,探讨了不同条件下的金属流动特点和温度分布规律.结果表明,对该尺寸铝合金轮毂的最佳成形工艺:半固态浆料充填温度为600℃,模具预热温度为300℃,挤压速度为5 mm/s,保压时间为25 s.     

Al2024合金半固态触变挤压成形热-力耦合有限元模拟

详细地论述了半固态触变挤压成形热-力耦合粘塑性有限元基本公式,利用Gunasekera流动应力公式,在Marc有限元软件平台上通过二次开发,建立了半固态触变成形计算机仿真模型.通过对Al2024合金半固态触变挤压成形工艺过程热-力耦合有限元模拟知坯料的变形区主要集中在挤压凹模的锥形部位;挤压结束时,制件中心与表面的最大温差约为85℃;制件锥形表面附近的等效Mises应力比其他部位的等效Mises应力大,并且有明显的应力集中现象.凸模行程与载荷曲线的有限元模拟结果与试验曲线吻合较好.     

A319合金挤压铸造凝固过程数值研究

利用ANSYS有限元分析软件,考虑相变潜热、对流边界条件和界面传热系数等因素,建立了铝合金挤压铸造凝固过程温度场模型,研究了挤压铸造过程参数(挤压力及模具预热温度)对铸件凝固过程温度分布的影响.通过分析不同挤压力下铸件的显微组织,表明模拟结果与实验结果基本一致.     

流变挤压铸造7075铝合金的组织及力学性能

以7075铝合金为例,对变形铝合金流变成型的组织和力学性能进行了研究,探讨了采用流变成型方法生产高性能变形铝合金的可行性。试验证明,通过斜坡冷却法直接获得半固态浆料,结合特殊的挤压铸造工艺,获得了组织致密,无微观气孔、微观缩孔的优良工件。通过3个成形比压水平(80MPa,87MPa,95MPa)和3种热处理制度下7075铝合金的组织性能对比,发现流变成形工件的性能远优于同等材质的金属型普通铸造工件,最高抗拉强度达到502MPa,接近于锻件水平,随着比压增大,工件的致密度随之提高,但强度提高不明显。不同热处理对于流变成形7075变形铝合金的抗拉强度影响不明显,但时效作用对于伸长率影响很大。     

铝合金轮毂连接盘挤压铸造数值模拟

采用ProCAST软件对6061铝合金轮毂连接盘挤压铸造过程进行模拟.研究了浇注温度、模具预热温度、比压对铸件缩孔缩松的影响.结果 表明,浇注温度700℃、模具预热温度300℃、比压50MPa为最佳铸造方案.