ZM6鎂合金是在實(shí)際航天航空材料中應(yīng)用廣泛的材料,航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的鑄件多以復(fù)雜件為主,其中壁厚突變結(jié)構(gòu)常見于各類薄壁復(fù)雜構(gòu)件中。壁厚突變結(jié)構(gòu)因其各部位凝固時(shí)間差異且受到機(jī)械阻礙的影響,故而為充型凝固過程的控制帶來了困難,部分位置產(chǎn)生了應(yīng)力集中,影響鑄件的使用壽命等。目前對(duì)于ZM6鎂合金構(gòu)件的應(yīng)力研究不系統(tǒng),缺乏過程控制的依據(jù)。因此本文針對(duì)復(fù)雜構(gòu)件中常見的壁厚突變結(jié)構(gòu),開展ZM6鎂合金鑄件應(yīng)力的工藝基礎(chǔ)研究,內(nèi)容如下:本文通過對(duì)粘彈塑性力學(xué)模型中Perzyna模型公式進(jìn)行轉(zhuǎn)化,設(shè)計(jì)常溫、高溫實(shí)驗(yàn)并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化計(jì)算應(yīng)力場模型計(jì)算所需參數(shù)。使用Pro CAST模擬軟件,分別采用線彈性、彈塑性和粘彈塑性模型對(duì)熱裂進(jìn)行應(yīng)力場模擬,進(jìn)行澆注實(shí)驗(yàn),比較模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)。結(jié)果表明:ZM6應(yīng)力場模擬中粘彈塑性力學(xué)模型更精確。針對(duì)典型壁厚突變結(jié)構(gòu)-工字型構(gòu)件,分析了鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力場的影響規(guī)律。結(jié)果表明:壁厚比控制在1/2到3/4的區(qū)域內(nèi)可以有效避免因冒口對(duì)溫度梯度影響造成的熱裂;過渡結(jié)構(gòu)對(duì)于受到冒口影響的頂部和芯部應(yīng)力有較好的削弱,45°三角形過渡結(jié)構(gòu)對(duì)兩個(gè)位置的應(yīng)力分別削弱了37.77%和54.92%。分析了鑄造工藝中加強(qiáng)筋厚度與冷鐵厚度對(duì)應(yīng)力場的影響規(guī)律。結(jié)果表明:壁厚比1/5的加強(qiáng)筋設(shè)置方式對(duì)于交界面的應(yīng)力有一定的削弱作用;冷鐵的設(shè)置會(huì)增大壁厚突變交界面附近的應(yīng)力。但冷鐵的厚度對(duì)應(yīng)力峰值影響不大。進(jìn)行了實(shí)際澆注,通過激光散斑-小孔測(cè)量的應(yīng)力值與模擬結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了鑄造工藝對(duì)應(yīng)力場的影響規(guī)律。最后,分析了實(shí)際機(jī)匣構(gòu)件中進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)化前后應(yīng)力的變化規(guī)律:實(shí)際機(jī)匣構(gòu)件中厚壁處安放的冷鐵增加了壁厚突變交界面應(yīng)力,計(jì)算得到應(yīng)力值增加了6.85%。在溫度梯度較大的壁厚突變部位添加加強(qiáng)筋,應(yīng)力值削弱了21.8%。模擬結(jié)果與鑄造工藝對(duì)工字型應(yīng)力場的影響規(guī)律有較好的匹配。
【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】：2018
【中圖分類】：TG292
【部分圖文】：

熱粘彈性模型、熱彈塑性模型和熱粘彈塑性模型、Heyn 模內(nèi)狀態(tài)變量模型等[25]。其中熱彈性模型、熱粘彈性模型、熱性模型都屬于熱粘彈塑性模型的范疇，通過設(shè)置材料合適數(shù)可以從一個(gè)模型轉(zhuǎn)化到另一個(gè)模型。其中熱彈塑性模型接計(jì)入粘性效應(yīng)，它認(rèn)為材料屈服前為彈性，屈服后為塑是溫度的函數(shù)，且當(dāng)材料接近熔點(diǎn)時(shí)，彈性模量與屈服應(yīng)力程應(yīng)力數(shù)值模擬中一般將熱彈塑性模型中的材料非線性問即將應(yīng)力-應(yīng)變曲線簡化為雙線性，彈性階段和塑性階段都/應(yīng)變模型初始用于土壤等地質(zhì)問題[26,27]，后來，隨著高分展，以及對(duì)高溫下的金屬的研究的展開，粘彈塑性理論有著此，開展對(duì)于粘彈塑性理論的研究，對(duì)于工業(yè)、工程和理論義[28]。性模型可由彈性元件、阻尼器和塑性元件組合而成，下圖式，阻尼器與塑性元件并聯(lián)，再與彈簧串聯(lián)[29]。

圖 1-2 通過改進(jìn)后的力學(xué)模型計(jì)算溫度-應(yīng)力與實(shí)際對(duì)比[38]人使用經(jīng)典彈塑性模型來預(yù)測(cè)壓鑄件的殘余應(yīng)力和變形，根 ANSYS 模擬軟件探究不同幾何形狀鑄件的變形行為，結(jié)果結(jié)構(gòu)，影響應(yīng)力和變形的因素不用。對(duì)于厚壁鑄件，零件冷重要的過程影響，在水中淬火的樣品的應(yīng)變約為通過自然應(yīng)變的兩倍。對(duì)于薄壁鑄件，模具的充型時(shí)間是對(duì)鑄造變形形行為也受合金成分，特別是合金延展性以及熱膨脹系數(shù)的Mg 和 AlSi12(Fe)兩種材料，變形的靈敏度受鑄造合金材料特AlSi12(Fe)合金具有比 AlSi10MnMg 合金更低的熱膨脹和更高和計(jì)算的應(yīng)變值結(jié)果更低[40]。Iwata1 闡明了鋁合金鑄造過程中殼模開裂的機(jī)理及預(yù)測(cè)裂紋于實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，澆注三組實(shí)驗(yàn)并通過在外表面的三個(gè)位置從而獲得杯形模具的應(yīng)變曲線，根據(jù)驗(yàn)證的模擬結(jié)果提出據(jù)公式[41]。國外目前的研究主要針對(duì)熱-力耦合模型對(duì)鑄件

圖 1-3 模擬與測(cè)量的時(shí)間-應(yīng)變對(duì)比圖像[41] 鑄件凝固過程應(yīng)力場數(shù)值模擬國內(nèi)研究現(xiàn)狀在國內(nèi)，大連理工大學(xué)的鄭賢淑、金俊澤等[42,43]，在 20 世紀(jì) 80 年應(yīng)力場數(shù)值模擬研究，研究了鑄型對(duì)鑄造過程的阻礙應(yīng)力計(jì)算模型均參量為基礎(chǔ)并利用所預(yù)設(shè)的加權(quán)平均參量對(duì)大型鑄件的鑄造過過程并優(yōu)化了工藝參數(shù)。第一次在國內(nèi)提供了大型鑄件的熱裂判法。隨后劉弛[44]通過研究應(yīng)力框的熱節(jié)處應(yīng)力應(yīng)變的變化得到熱部分的最大殘余應(yīng)力應(yīng)變，而由于應(yīng)變?cè)跓峁?jié)處發(fā)生，所以會(huì)導(dǎo)致是由于熱節(jié)處的溫度梯度最大，而溫度梯度越大冷卻速度越不均度越大，導(dǎo)致成形后殘余應(yīng)力越大。廖敦明[45]等開發(fā)了采用 FDM 進(jìn)行鑄件熱應(yīng)力場模擬軟件包，使得采用相同的 FD 網(wǎng)格，從而避免了 FDM/FEM 等不同模型之間結(jié)使流動(dòng)場、溫度場、應(yīng)力場統(tǒng)一于有限差分模式下，技術(shù)路線如
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2859069