本文關(guān)鍵詞：軋機(jī)機(jī)架水玻璃砂型鑄造過(guò)程數(shù)值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中南大學(xué)》 2010年

軋機(jī)機(jī)架水玻璃砂型鑄造過(guò)程數(shù)值模擬研究

余軍  

【摘要】： 大型鑄鋼件的鑄造過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的高溫動(dòng)態(tài)凝固過(guò)程。由于大型鑄件具有斷面尺寸大、凝固時(shí)間長(zhǎng)及收縮嚴(yán)重等特點(diǎn),在其鑄造成形過(guò)程中容易形成縮孔疏松、裂紋和應(yīng)力變形等缺陷。鑄造過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)是鑄造學(xué)科的前沿領(lǐng)域,運(yùn)用它對(duì)鑄造過(guò)程進(jìn)行模擬,能夠預(yù)測(cè)鑄造缺陷、優(yōu)化工藝參數(shù),從而降低生產(chǎn)成本。本文中結(jié)合某大型軋機(jī)鑄鋼機(jī)架的水玻璃砂型鑄造工藝方案,運(yùn)用數(shù)值模擬方法對(duì)鑄件的凝固冷卻過(guò)程進(jìn)行分析,并對(duì)缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè),為鑄造生產(chǎn)工藝的制訂提供可靠依據(jù)。 1、概述了鑄造過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)的研究?jī)?nèi)容、國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及仿真用材料熱物性參數(shù)的研究現(xiàn)狀。分析了數(shù)值模擬的計(jì)算方法；介紹了鑄件縮孔疏松缺陷的形成機(jī)理及預(yù)測(cè)判據(jù)；總結(jié)了鑄件凝固過(guò)程中溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的有限元理論以及材料熱物性參數(shù)的測(cè)定方法。 2、制訂了用于測(cè)定水玻璃石英砂型熱物性參數(shù)的試驗(yàn)方案,運(yùn)用自制的試驗(yàn)裝置測(cè)定了砂型中的溫度場(chǎng)分布。利用熱物性參數(shù)的反算法,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)用砂型的熱物性參數(shù)—熱導(dǎo)率和比熱容進(jìn)行了計(jì)算,得到可用于數(shù)值模擬的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)。同時(shí)對(duì)傳熱過(guò)程中鑄件—鑄型的界面換熱系數(shù)進(jìn)行了確定,得到的換熱系數(shù)值可用于溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬。 3、根據(jù)某大型軋機(jī)鑄鋼機(jī)架的水玻璃砂型鑄造工藝方案,對(duì)鑄造中的冒口、冷鐵等進(jìn)行了設(shè)計(jì),建立了數(shù)值模擬的三維有限元模型。運(yùn)用ProCAST軟件,對(duì)機(jī)架的凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析,預(yù)測(cè)了可能產(chǎn)生縮孔疏松的位置；分析了凝固冷卻過(guò)程中的熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力分布規(guī)律,討論了機(jī)架的變形情況,對(duì)可能產(chǎn)生裂紋的位置進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TG333;TG242
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-6

目錄6-8

第一章 緒論8-15

1.1 軋機(jī)機(jī)架的鑄造生產(chǎn)現(xiàn)狀8-9

1.2 鑄造數(shù)值模擬的研究進(jìn)展9-12

1.2.1 鑄造數(shù)值模擬的研究?jī)?nèi)容9-10

1.2.2 鑄造數(shù)值模擬研究的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展10-12

1.2.3 鑄造數(shù)值模擬的應(yīng)用現(xiàn)狀12

1.3 與模擬仿真相關(guān)材料熱物性參數(shù)研究現(xiàn)狀12-13

1.3.1 模擬仿真用材料性能參數(shù)12

1.3.2 數(shù)值模擬用型砂熱物性參數(shù)研究現(xiàn)狀12-13

1.4 本論文研究背景及意義13-14

1.5 本論文研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排14-15

第二章 砂型鑄造數(shù)值模擬有限元分析基礎(chǔ)15-27

2.1 前言15

2.2 砂型鑄造溫度場(chǎng)有限元分析基礎(chǔ)15-17

2.2.1 凝固過(guò)程熱傳遞的基本方式15-16

2.2.2 凝固過(guò)程三維傳熱數(shù)學(xué)模型16-17

2.3 砂型鑄造應(yīng)力場(chǎng)有限元分析基礎(chǔ)17-23

2.3.1 鑄造熱應(yīng)力形成過(guò)程和分析方法17-18

2.3.2 熱彈塑性模型本構(gòu)方程18-22

2.3.3 熱裂紋判據(jù)的選擇22-23

2.4 鑄件縮孔疏松缺陷的形成與預(yù)測(cè)23-25

2.4.1 鑄件縮孔疏松形成機(jī)理23-24

2.4.2 鑄件縮孔疏松預(yù)測(cè)判據(jù)24-25

2.5 鑄造用材料熱物性參數(shù)測(cè)定方法25-26

2.6 本章小結(jié)26-27

第三章 水玻璃砂型熱物性參數(shù)的測(cè)定27-39

3.1 前言27

3.2 水玻璃砂型傳熱過(guò)程溫度場(chǎng)測(cè)試27-35

3.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>27-28

3.2.2 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)28-29

3.2.3 試驗(yàn)材料及儀器29-31

3.2.4 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果31-35

3.3 砂型熱物性參數(shù)的確定35-38

3.3.1 基本數(shù)學(xué)模型及反算方法35-36

3.3.2 水玻璃砂比熱計(jì)算36-37

3.3.3 水玻璃砂熱導(dǎo)率計(jì)算37-38

3.4 本章小結(jié)38-39

第四章 水玻璃砂型溫度場(chǎng)數(shù)值模擬39-51

4.1 前言39

4.2 ProCAST軟件與前處理軟件接口方式分析39-42

4.2.1 ProCAST文件讀入與處理方式39-40

4.2.2 Pro/E與ProCAST接口分析40-41

4.2.3 其他軟件與ProCAST接口方式41-42

4.3 砂型傳熱數(shù)值模擬前處理42-48

4.3.1 三維有限元模型的建立42-44

4.3.2 鑄件與砂型界面換熱系數(shù)的確定44-48

4.4 砂型傳熱過(guò)程溫度場(chǎng)模擬結(jié)果48-50

4.5 本章小結(jié)50-51

第五章 大型軋機(jī)鑄鋼機(jī)架砂型鑄造數(shù)值模擬研究51-69

5.1 前言51

5.2 機(jī)架概況及鑄造工藝分析51-54

5.2.1 機(jī)架概況51-52

5.2.2 機(jī)架鑄造工藝分析52-54

5.3 數(shù)值模擬分析前處理54-56

5.3.1 有限元模型的建立54-55

5.3.2 熱物性參數(shù)的設(shè)定55-56

5.3.3 初始條件及邊界條件的設(shè)定56

5.4 溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析56-62

5.4.1 溫度結(jié)果分析57-60

5.4.2 凝固結(jié)果分析60-61

5.4.3 鑄件縮孔疏松分析61-62

5.5 應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果分析62-68

5.5.1 凝固過(guò)程熱應(yīng)力分析62-64

5.5.2 冷卻過(guò)程殘余應(yīng)力分析64-65

5.5.3 應(yīng)力變形分析65-68

5.6 本章小結(jié)68-69

第六章 全文總結(jié)與展望69-71

6.1 主要研究工作及結(jié)論69-70

6.2 研究中存在的問(wèn)題及展望70-71

參考文獻(xiàn)71-76

致謝76-77

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77

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【引證文獻(xiàn)】

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