连铸坯实测反问题热弹黏塑性建模与分析

为了研究连铸板坯的传热和力学特征,通过建立考虑蠕变的铸坯热弹黏塑性全尺寸有限元数值模型,以实测温度和传热反问题获得的热流为依据,计算和探讨了结晶器内铸坯的传热、应力和应变行为。结果表明,弯月面下100 ~ 200 mm铸坯表面承受拉应力,宽面距角部40 ~ 90 mm的偏角部区域温度较高,坯壳厚度也较薄,距角部约400 mm处温度相对较低,收缩量及应力应变较大。窄面近角部区域的应力和应变总体上低于宽面,距角部越近,窄面铸坯表面的应变越高。偏角部区域坯壳厚度、应力、应变的非均匀性及存在的过大差异,是探讨近角部裂纹成因需要考虑的重要因素。     

连铸圆坯非均匀传热/凝固行为的无网格计算方法

基于移动最小二乘近似和变分原理,推导并建立了基于无网格Galerkin (EFG)法的连铸圆坯二维横截面传热/凝固计算模型。以实测结晶器热流为边界条件,模拟分析了圆坯的非均匀凝固行为,重点讨论了节点布置和支持域尺寸等影响无网格模型适用性和计算精度的关键问题。结果表明,建立的EFG模型在节点布置上十分灵活,提出的直角坐标系下的"同心圆"式节点布置方案,可以很好地处理圆坯曲线边界及坯壳凝固界面推进的问题。在支持域尺寸为平均节点间距的1.7倍时,均匀和随机2种节点布置方式下,模型都达到了较高的计算精度。研究结果证实了EFG模型应用于铸坯非均匀传热、凝固计算的可行性和正确性,在凝固界面追踪中体现出显著优势,为后续铸坯传热-力学行为耦合和裂纹预测的研究提供了基础。     

基于无网格伽辽金法的连铸坯凝固计算方法

为考察无网格方法求解铸坯凝固过程的可行性,本文依据移动最小二乘和变分原理,推导并建立了基于无网格伽辽金法的结晶器内铸坯凝固过程二维非稳态传热/凝固数学模型。以小方坯凝固过程为对象,分别采用节点均匀布置、加密布置、随机布置方式,模拟分析了小方坯凝固过程的温度场变化,并将计算结果与参考解、有限元法数值解进行了对比,结果证实无网格伽辽金法在计算精度、自适应性、网格依赖性等方面均优于有限元法。研究结果为无网格方法应用于连铸过程的传热、凝固以及应力/应变行为的数值计算提供参考。      

T6热处理对Al+SiC预制颗粒增强ZL101/ZL101-Mg基复合材料组织和力学性能影响的研究

通过半固态搅拌铸造的方法制备了Al+SiC预制颗粒增强ZL101基及ZL101-Mg基复合材料,研究了T6热处理对该复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明,T6热处理对Al+SiC预制颗粒增强ZL101基复合材料和Al+SiC预制颗粒增强ZL101+Mg基复合材料中SiC颗粒的分布没有明显影响。但T6热处理使Al+SiC预制颗粒增强ZL101复合材料中共晶硅细化,Al+SiC预制颗粒增强ZL101+Mg复合材料中共晶硅长大变粗。T6热处理对Al+SiC预制颗粒增强ZL101复合材料抗拉强度的平均提升率达到了54.44%,对其伸长率的平均提升率为5.47%。对Al+SiC预制颗粒增强ZL101+Mg复合材料抗拉强度的平均提升率为13.52%,对其伸长率的平均提升率为31.5%。     

基于无网格伽辽金法的板坯传热及力学行为

 与基于网格离散的数值计算方法相比,无网格方法利用离散节点代替网格单元,回避了拓扑结构复杂、单元编号和信息传递等问题,在模拟分析相变界面移动、大变形、裂纹动态扩展等方面展现出极大的适用性。依据移动最小二乘法构造了场量近似函数,针对连铸板坯在结晶器初始凝固过程中的传热特征,构造和推导了基于无网格伽辽金法的板坯传热和凝固行为控制方程,结合采用伽辽金积分弱形式和变分原理,建立了铸坯热弹塑性二维横截面数值计算模型,以连铸生产现场实测铜板温度反算的结晶器热流为边界条件,模拟和分析了结晶器内初生坯壳的非均匀传热、应力和应变。研究结果表明,板坯在结晶器内宽度方向的传热和力学行为呈现出显著的非均匀特征,在距离弯月面200 mm范围内是应力应变快速增长阶段,之后应力应变增长速度放缓,距弯月面550 mm处,铸坯等效应力和应变出现极大值,分别为15.97 MPa和0.76%;在宽度方向上,角部受二维散热的影响,温度下降较快,出现应力集中现象,相邻的偏角部存在应力应变低谷,与角部在温度、应力、应变方面存在较大差异。上述结果验证了无网格方法计算铸坯非均匀传热、力学行为的可行性和适用性,为无网格方法应用至铸坯裂纹萌生与扩展的研究提供基础和参考。