本文關鍵詞：鈦合金鑄造熱應力有限元分析及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學》 2009年

鈦合金鑄造熱應力有限元分析及實驗研究

李麗麗  

【摘要】： 鈦合金具有比強度高、抗氧化性好等優(yōu)點,是重要的航空航天材料。精密鑄造可降低鈦合金零件加工成本,已成為最成功且應用最廣泛的近終形加工技術之一。本文綜述了國內(nèi)外在鈦合金離心鑄造工藝以及鑄造應力場模擬研究方面的發(fā)展狀況。 基于三維溫度場和應力場的有限元數(shù)學模型,應用ProCAST有限元分析軟件進行了與本文TC4鈦合金澆鑄實驗相對應的鑄件/鑄型熱應力/應變的數(shù)值模擬,以研究鑄件的應力分布規(guī)律及主要影響因素,并與實驗結果進行了對比。根據(jù)TC4鈦合金的實測成分,利用ProCAST軟件自帶的數(shù)據(jù)庫算得TC4鈦合金的物性參數(shù),特別是熱應力計算所需數(shù)據(jù)。研究了不同界面約束條件及不同有限元網(wǎng)格尺寸等參數(shù)對溫度場和應力場計算結果的影響。 進行了TC4鈦合金石墨型真空離心及重力澆鑄實驗,采用多通道溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),測定了鈦合金鑄件、澆注系統(tǒng)及石墨鑄型中不同部位的冷卻曲線,并測定了鈦合金鑄造系統(tǒng)的尺寸收縮。根據(jù)測得的溫度變化曲線,利用ProCAST軟件反算確定了鑄件與鑄型等各材質之間等效界面換熱系數(shù),以及澆注時的入流速度等工藝參數(shù),以保證對本文鑄造系統(tǒng)熱應力/應變有限元計算機模擬的可靠性。計算得到的鑄件系統(tǒng)尺寸收縮量,以及石墨鑄型中的熱應力集中分布狀態(tài)與實驗結果基本吻合。 建立了真空鑄造條件下,合金凝固結殼之后冷卻階段的界面?zhèn)鳠崮Ｐ�。計算了TC4鈦合金鑄件系統(tǒng)中不同部位的離心力,并與相應部位有限元分析得到的熱應力/應變大小進行了對比。結果分析表明:鑄件凝固結殼因熱收縮受阻而產(chǎn)生的應力,通常遠大于一般離心鑄造工藝條件下產(chǎn)生的離心力,因而離心力不但不足以改變鑄件與鑄型之間的應力接觸或分離產(chǎn)生間隙的狀態(tài),而且對鑄件/鑄型間隙厚度δ和相應等效界面換熱系數(shù)h e的影響都很小,可以忽略。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TG27
【目錄】：

摘要4-5

Abstract5-9

第1章 緒論9-20

1.1 課題背景及研究的目的和意義9

1.2 鈦合金鑄造工藝9-15

1.2.1 鈦及鈦合金的性質9-11

1.2.2 鈦合金材料在國內(nèi)外的應用狀況11-12

1.2.3 鈦合金鑄造工藝12-15

1.3 鑄造應力場數(shù)值模擬15-19

1.4 本文的主要研究內(nèi)容19-20

第2章 鑄造熱應力場有限元計算模型及方法20-42

2.1 鑄造系統(tǒng)熱應力形成特點及數(shù)學模型20-22

2.2 鑄造熱應力系統(tǒng)的有限元計算模型22-25

2.3 ProCAST 鑄造模擬軟件簡介25-26

2.4 鑄造熱應力應變計算實例26-40

2.4.1 模擬所用的材料物性參數(shù)26-30

2.4.2 計算實例30-40

2.5 本章小結40-42

第3章 鈦合金離心鑄造實驗研究42-47

3.1 鈦合金重力/離心鑄造系統(tǒng)42-43

3.2 實驗合金及實驗分析方法43-46

3.3 本章小結46-47

第4章 鈦合金離心鑄造熱應力應變有限元分析47-65

4.1 不加應力緩沖墊計算結果47-51

4.2 加應力緩沖墊的計算結果51-52

4.3 應力/應變計算與實驗結果對比52-56

4.3.1 鑄型破壞與計算結果對比52-55

4.3.2 鑄件尺寸收縮與計算結果對比55-56

4.4 離心力對鑄件/鑄型界面間隙及等效換熱系數(shù)的影響56-64

4.5 本章小結64-65

結論65-67

參考文獻67-73

致謝73

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