基于ANSYS的快速铸轧过程温度场数值模拟

建立了快速铸轧过程这类具有质量输运现象的金属凝固传热有限元数学模型,考虑了影响辊套与带坯传热的界面接触热导问题,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对快速铸轧过程中的辊套与铸坯耦合温度场进行了仿真分析,并就不同工艺参数(铸轧区长度、接触界面换热系数、浇注温度、铸坏厚度以及铸轧速度等)对铸坯温度分布及其相变区间的影响进行了系列研究,为连续铸轧特别是快速铸轧工业实验参数设计提供了依据.     

基于三维有限元铸轧工艺模拟及工艺参数优化的Mg-Al合金晶粒细化(英文)

为了获得质量优异的镁合金薄板材并研究铸轧工艺参数对AZ31镁合金薄板材的温度场和热应力场的影响,基于铸轧的对称性采用ANSYS软件建立了三维几何和有限元模型。在ANSYS软件中采用smart-sizing算法进行网格划分。进行了一系列不同工艺参数下的三维温度场和热应力数值模拟。结果表明,随着浇注温度的升高,液相区和液固两相区的长度都增加;随着辊/薄板间接触的对流换热系数的增大,液固两相区的长度减小;随着浇注温度和铸轧速度的提高,两相区的长度增大。将优化的工艺参数(铸造速度2m/min、浇注温度640℃、换热系数15kW/(m2·℃)及水淬)用于镁合金铸轧试验,得到平均晶粒尺寸为50μm的镁合金板坯。三维仿真结果能更好地理解相变区的温度变化和铸轧过程中热裂纹的形成机理,为设计和优化镁合金铸轧的工艺参数提供帮助。     

镁合金铸轧凝固过程与铸坯组织特征分析

数值模拟了镁合金铸轧凝固中传热与流动过程,分析了铸轧速度对铸坯凝固温度场、流场的影响。制备了镁合金铸轧板坯,采用金相显微镜、扫描电镜等分析了板坯组织、形貌及成分分布特征。根据数值模拟结果与铸坯组织特征,分析了铸轧板坯中心线偏析形成过程。结果表明,镁合金铸轧速度显著影响铸轧区熔体的传热与流动过程,并决定铸坯全凝固点位置;铸轧区中熔体沿垂直轧辊面间存在强烈的热交换,铸坯沿传热反方向形成发达的柱状晶,溶质元素在凝固前沿固液界面处发生溶质再分配,Al、Zn元素在上下凝壳焊合位置富集,形成中心线偏析。     

不同铸轧条件下铸轧辊套热应力分析

依据建立的包括铸轧辊套在内的铝双辊铸轧的整体耦合数学模型,对铸轧辊套的热应力场进行了模拟计算;研究了在不同的铸轧工艺参数包括铸轧速度、带坯厚度、内冷强度、铸轧区长度的变化对铸轧辊套热应力的影响规律.结果表明:铸轧辊辊套内外表面热应力相差很大,且外表面受到拉压交变热应力的作用;铸轧速度提高,应力幅度减小;水冷强度增加,应力幅度增大;铸轧区长度增大,应力幅度减小.这就为优化铸轧工艺参数提供了依据.     

AZ31镁合金薄带铸轧温度场的数值模拟

借助ANSYS软件下的Fluent模块模拟了AZ31镁合金铸轧区的温度场,研究了AZ31镁合金薄带铸轧时不同工艺参数下铸轧区的三维温度场的分布,分析了温度场的分布对薄带铸轧过程稳定性的影响。通过对比分析模拟结果,给出在所选取范围内最佳工艺参数是,浇注温度为853K,铸轧速度为9m/min,冷却水流速为3m/s。     

半固态AZ31流变铸轧温度场数值模拟

利用有限元方法对AZ31镁合金在半固态双辊铸轧成形工艺中的温度场进行了数值模拟。分析了铸轧工艺参数(轧辊表面对流换热系数、浇铸温度、浇铸速度)对镁合金板带质量的影响。结果表明,在浇铸温度降低到897K时,在10000W.m-2 K-1换热系数下镁合金熔体完全凝固点的位置前移,影响镁合金板带的质量;而将铸轧时间延长到0.465s可以加强熔体和铸辊换热,使得出口区域中心温度达到凝固点。     

紫铜连续铸轧高温熔体的数值模拟

对紫铜连续铸轧过程铸嘴内高温熔体的温度场与流场进行了数值模拟。结果表明,在铸轧温度不变的情况下,随着铸轧速度的提高,铸轧坯的凝固位置逐渐前移,熔体的流动均匀性增加,但是铸轧速度过高不利于铸轧坯的成型和铸轧的立板;控制铸轧速度不变,铸轧坯凝固位置随着铸轧温度的提高逐渐前移,但铸轧温度对流场的分布影响相对较小。优化的铸轧温度为1 150～1 170℃、铸轧速度为600～1 000mm/min,在该工艺参数下成功实现了工业生产上的T2紫铜连续铸轧板坯制备。     

55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数值分析

建立了55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数学模型,并对计算结果进行了验证。分析了不同堆垛条件(堆垛初始温度、堆垛高度和铸坯宽度)对铸坯温度和应力的影响。研究表明,堆垛顶部铸坯冷却速度最快。堆垛铸坯温度高于55钢相变温度(Ar_3、Ar_1温度分别为755℃和690℃)时,中间铸坯温度出现一平台,堆垛有利于缓解铸坯内部热应力和相变应力。随堆垛高度和铸坯宽度增加铸坯冷却速度先是降低较快,而后变化不大。堆垛顶部和底部铸坯在堆垛过程中受到的是拉应力,中间铸坯为压应力。堆垛铸坯表面应力大,应力不均匀是铸坯产生裂纹、变形等质量问题的原因。根据以上研究结果,建议在堆垛铸坯表面覆盖一层保温罩,以减小表面热损失和55钢铸坯表面应力;不在55钢相变温度范围进行堆垛和拆垛操作;另外,铸坯堆垛高度应与铸坯宽度相匹配。     

周期性热冲击条件下铸轧辊辊套温度场仿真

根据连续铸轧过程中铸轧辊辊套的实际工况,对铸轧辊辊套在受到铸坯周期性热冲击情况下温度分布规律进行了仿真分析,得到了在考虑铸轧辊辊套与铸坯接触界面热导时,铸轧辊辊套在不同铸轧速度时的稳态温度分布规律。     

双辊铸轧热-流-组织耦合模拟及铸轧区组织精细分析

以二辊φ160 mm×150 mm铸轧机为研究对象,以1060纯铝为材料,利用ProCAST的CA-FE模块,建立了铸轧过程的热-流-组织间接耦合模型,研究了铸轧工艺参数对凝固组织与热变形的影响.基于微小变形率下凝固组织形貌未发生变化的假设,建立了铸轧区凝固组织精细化标准.通过铸轧实验验证了仿真模型的准确性,确定了Kiss点以下高度为1 mm区域作为精细化分析参数统计区的合理性.依据该精细分析标准,给出了铸轧速度、浇铸温度、熔池高度、带坯厚度及液态金属凝固形核率等参数对凝固组织和热变形量的影响规律.发现柱状晶尺寸变化与热变形量的变化具有一致性,仅提升液态金属的形核率,可以有效改变凝固组织尺寸和类型.因此,在铸轧设备能力允许的范围内,同时增大热变形量和凝固形核率是一种提升铸轧铝带质量和性能的方法.     

不同冷却水流速度下的铸轧辊套温度分析

利用ANSYS有限元软件对铸轧辊套建立二维模型,模拟铸轧辊套在铸轧过程中的温度场分布。通过分析不同冷却水流速度下铸轧辊套温度场分布,揭示在镁合金双辊铸轧过程中不同冷却水流速度对铸轧辊套冷却的影响规律,为工业生产提供重要的参考依据。     

快速超薄铸轧机铸轧辊变形热力耦合计算

根据快速超薄铸轧机铸轧辊的特点 ,从热弹性力学的角度建立了热弹耦合方程并对其求解。综合接触压力 (轧制力分布 )模型 ,确定了铸轧辊温度场边界条件 ,得到了超薄铸轧机铸轧辊变形的计算模型。利用此模型计算了某铸轧机铸轧辊的温度场和变形量 ,计算结果与现场测试数据吻合较好 ,表明所建模型正确可信。通过对铸轧辊应力分析计算发现在不同半径处应力性质有突变 ,从而找到了辊芯与辊套滑移、错位的根本原因     

双辊快速凝固AZ31镁合金薄带试验研究

在等径双辊连铸机上进行了AZ31镁合金薄带连铸的试验研究，掌握了诸如浇铸温度、铸辊转速、辊缝和侧封等合理的工艺参数，成功地铸出了AZ31镁合金薄带并对其显微组织进行了分析。     

铸件三维温度场及热应力场数值计算及实验研究

铸造系统凝固过程温度场、热应力场数值计算正在推动铸造业的发展。对铸件三维温度场、热应力场有限元模型进行分析,建立了基于ANSYS软件的铸件三维温度场及热应力场分析程序,并对应力框进行模拟,计算结果与实测值吻合。表明用数值计算法分析铸件凝固过程的温度场、热应力场是行之有效的。     

快速超薄铸轧机铸轧辊变形测量系统研究

针对铸轧工艺的特殊性,拟定了一套方便可行的铸轧辊变形测试方案.运用该方案对某铸轧机成功地进行了工业现场测试,掌握了铸轧辊在铸轧环境下变形的分布规律,测试实际铸轧过程中轧辊受力载荷与温度场作用下辊形变化规律、测试设备运行时的有关工艺参数与力能参数,以及设备参数,同时也为仿真模型提供边界条件及检证标准.     

铸轧辊温度场及热变形测定

针对铸轧工艺的特殊性，拟定了一套方便可行的铸轧辊温度场及热变形测试方案，运用该方案对某铸轧机成功地进行了工业现场测试，掌握了铸思辊在铸轧环境下温度场及热变形的分布规律，为铸轧板形控制及现场铸轧工艺优化提供了可靠依据。     

铸轧辊变形在线测量研究

针对铸轧工艺的特殊性，拟定了一套方便可行的铸轧辊变形测试方案。运用该方案对某铸轧机成功地进行了工业现场测试，掌握了铸轧辊在铸轧环境下变形的分布规律，测试实际铸轧过程中轧辊在力载荷与温度场作用下辊形变化规律、测试设备运行时的有关工艺参数与力能参数，以及设备参数，同时也为仿真模型提供边界条件及检证标准。     

Tribological properties and thermal-stress analysis of C/C-SiC composites during braking

The tribological properties and thermal-stress behaviors of C/C-SiC composites during braking were investigated aiming to simulate braking tests of high-speed trains. The temperature and structural fields of C/C-SiC composites during braking were fully coupled and simulated with ANSYS software. The results of tribological tests indicated that the C/C-SiC composites showed excellent static friction coefficient (0.68) and dynamic friction coefficient (average value of 0.36). The highest temperature on friction surface was 445 °C. The simulated temperature field showed that the highest temperature which appeared on the friction surface during braking was about 463 °C. Analysis regarding thermal-stress field showed that the highest thermal-stress on friction surface was 11.5 MPa. The temperature and thermal-stress distributions on friction surface during braking showed the same tendency.