材料在凝固過程中的應(yīng)力/應(yīng)變本構(gòu)模型,尤其是高溫階段本構(gòu)模型,對(duì)于提高鑄造應(yīng)力場(chǎng)模擬精度和實(shí)用化程度,具有重要的理論和實(shí)際意義。但是,目前對(duì)于高溫階段應(yīng)力/應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系的研究不充分,加上我國(guó)非常缺乏對(duì)于鑄造材料的高溫力學(xué)性能參數(shù)的測(cè)試,相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)仍處于空白階段,給凝固過程應(yīng)力/應(yīng)變模型的研究帶來很大難度。本文通過對(duì)ZL205A合金進(jìn)行低溫和高溫條件下的拉伸實(shí)驗(yàn),獲得不同溫度下的應(yīng)力/應(yīng)變曲線,計(jì)算得到ZL205A在低溫和高溫時(shí)的力學(xué)性能參數(shù)。使用ProCAST模擬軟件,選用Perzyna粘彈塑性本構(gòu)模型作為計(jì)算ZL205A合金凝固過程應(yīng)力場(chǎng)的本構(gòu)模型。分別使用線彈性、彈塑性和粘彈塑性模型對(duì)應(yīng)力框試樣進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)模擬,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,應(yīng)力場(chǎng)模擬中,粘彈塑性模型的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最接近;分別使用線彈性、彈塑性和粘彈塑性模型對(duì)改進(jìn)后的熱裂試樣進(jìn)行模擬計(jì)算,并進(jìn)行熱裂試樣的澆注實(shí)驗(yàn),將模擬值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較。結(jié)果表明,粘彈塑性模型模擬結(jié)果優(yōu)于線彈性模型和彈塑性模型。使用粘彈塑性模型對(duì)大型薄壁筒形件進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)模擬,模擬結(jié)果顯示,筒形件的應(yīng)力主要集中在法蘭與薄壁的交界處,薄壁處外側(cè)的應(yīng)力大于內(nèi)側(cè)應(yīng)力,導(dǎo)致筒形件出現(xiàn)產(chǎn)生上下端向內(nèi)收,中間向外凸出,法蘭向外張開的變形。通過模擬計(jì)算不同筋高的筒形件的應(yīng)力值和變形量,得到增大筋高可以達(dá)到降低應(yīng)力、減少變形的結(jié)論。當(dāng)筋高從19mm提高到為48mm時(shí),筒形件中法蘭與薄壁交界處的應(yīng)力降低了一半,變形量減小了四分之一。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TG292
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文精度、穩(wěn)定性與收斂性等。域的幾何形狀，在鑄造過程數(shù)值模擬中，主要是鑄件比較規(guī)則的幾何形狀時(shí)，模擬計(jì)算精度比較高。但是幾則具有較低的精度。但有限差分法在于某些特殊情況下優(yōu)勢(shì)。迄今為止，在某些特定的領(lǐng)域，例如流體力學(xué)等。體積法控制體積法是將整體區(qū)域劃分成為有限個(gè)互不交叉的一個(gè)計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)，使用每個(gè)計(jì)算格點(diǎn)粗略代表每個(gè)控制計(jì)算，最后使用微分方程對(duì)劃分得到的每一個(gè)控制體積1 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文有限元法的中心原理是將一個(gè)復(fù)雜問題變換為一個(gè)較簡(jiǎn)單問題后，進(jìn)行運(yùn)算。采用的運(yùn)算方法，即是使用將連續(xù)體問題進(jìn)行離散化的方法。把連續(xù)體剖分網(wǎng)格，形成有限個(gè)單元，并根據(jù)邊界條件中的有限個(gè)的參數(shù)約束了單元的大小和形狀；使用與求解標(biāo)準(zhǔn)離散問題的完全相同的適用規(guī)則，求解作為連續(xù)體剖分成的單元的集合體的整個(gè)系統(tǒng)[24]。 本文使用的 ProCAST 模擬軟件即使用的有限元法。有限元法是基于變分原理，建立在傳統(tǒng)的 Ritz 法的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出代數(shù)方程組來求解偏微分方程。方法是將鑄件整體劃分成有限個(gè)網(wǎng)格用以求解邊界值問題，接著將每一單元體當(dāng)做獨(dú)立個(gè)體進(jìn)行分析，使用插值法進(jìn)行求解[25]。有限元法可以解決許多的物理難題，包括彈性變形、塑性應(yīng)變、溫度場(chǎng)問題、流動(dòng)問題等，都可以用有限元法解決。在塑性加工情況下，最重要的條件就是體積不變，這一點(diǎn)可以使用拉格朗日乘數(shù)法或罰函數(shù)法進(jìn)行引入。三維有限元分析系統(tǒng)如圖 1-2 所示，包括前處理模塊、中間計(jì)算模塊和后處理結(jié)果顯示模塊。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文進(jìn)行前處理建模，通過繪圖軟件將二維工藝圖進(jìn)行幾何造型，形成三維立體圖，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成單元體和節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行單元、材料等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，最后生成數(shù)據(jù)文件，結(jié)束前處理部分；中間計(jì)算模塊是使用主控程序進(jìn)行計(jì)算求解，并將前處理模塊生成數(shù)據(jù)文件代入計(jì)算過程，讀入初始數(shù)據(jù)文件，并施加邊界以及約束條件，接下來進(jìn)行溫度場(chǎng)計(jì)算，并變形計(jì)算，并使用兩者進(jìn)行耦合，然后進(jìn)行應(yīng)力/應(yīng)變計(jì)算，并根據(jù)應(yīng)力/應(yīng)變模擬計(jì)算結(jié)果反饋回溫度場(chǎng)計(jì)算和變形計(jì)算中，最后生成計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)文件，中間計(jì)算模塊結(jié)束；在后處理結(jié)果顯示當(dāng)中，代入前處理模塊和中間計(jì)算模塊生成的數(shù)據(jù)文件，并讀取模型數(shù)據(jù)文件以及計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)文件，并生成顯示文件，包括計(jì)算數(shù)據(jù)的圖顯、動(dòng)畫顯示網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)、鍛件以及模具優(yōu)化結(jié)果圖以及其他結(jié)果，根據(jù)這些結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論，后處理結(jié)果結(jié)束。不管采用怎樣的方法進(jìn)行數(shù)值方程的計(jì)算，凝固階段數(shù)值模擬相關(guān)程序都應(yīng)該囊括三個(gè)方面：前處理模塊，中間計(jì)算模塊和后處理模塊，如圖 1-3 所示。
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 許騰躍;ZM6鎂合金鑄件應(yīng)力與工藝特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2838066