半連續(xù)鑄造作為高強(qiáng)度鋁合金鑄錠生產(chǎn)的主要工藝,其凝固過程的控制是獲得高質(zhì)量鑄錠的關(guān)鍵,而高質(zhì)量的鑄錠是后續(xù)加工工藝的基礎(chǔ)。宏觀偏析、裂紋與縮松是鑄錠在半連鑄生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的主要缺陷。因此,通過低成本、高效率的數(shù)值模擬技術(shù)研究鋁合金半連鑄鑄錠的宏觀偏析與應(yīng)力生成機(jī)理與影響因素,進(jìn)而對鑄錠缺陷控制進(jìn)行理論指導(dǎo),同時(shí)具有重要的工程實(shí)踐意義。本文的主要研究內(nèi)容包括:宏觀偏析連續(xù)介質(zhì)模型的拓展、數(shù)值求解以及驗(yàn)證;基于拓展模型的2024鋁合金半連鑄鑄錠的宏觀偏析計(jì)算;鑄造工藝參數(shù)對半連鑄過程中2024鋁合金鑄錠宏觀偏析的影響規(guī)律;基于三相模型的Al-4wt%Cu半連鑄鑄錠的宏觀偏析研究;7050鋁合金半連鑄鑄錠的溫度場和應(yīng)力場數(shù)值模擬。其主要研究成果如下:基于拓展的連續(xù)介質(zhì)模型(Vreeman-Krane-Incropera),耦合微觀Gulliver-Scheil凝固方程求解宏觀的連續(xù)方程、動量方程、能量方程以及溶質(zhì)傳輸方程,模擬計(jì)算鑄錠的宏觀偏析。采用近似相圖的方法處理凝固路徑,既能保證足夠準(zhǔn)確的計(jì)算精度,又大大提高了計(jì)算效率。采用基于有限體積法的大型流體力學(xué)計(jì)算軟件FLUENT,通過其開放接...

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
論文的主要?jiǎng)?chuàng)新和貢獻(xiàn)
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋁合金概述
    1.3 鋁合金鑄錠的半連續(xù)鑄造
        1.3.1 半連續(xù)鑄造原理
        1.3.2 半連續(xù)鑄造的工藝參數(shù)
    1.4 半連續(xù)鑄造的凝固過程
    1.5 半連鑄過程的宏觀偏析
        1.5.1 宏觀偏析概述
        1.5.2 半連續(xù)鑄造過程宏觀偏析的表達(dá)形式
        1.5.3 宏觀偏析的形成機(jī)制
    1.6 宏觀偏析的數(shù)值模擬
        1.6.1 凝固過程數(shù)值模擬
        1.6.2 微觀偏析模型
        1.6.3 宏觀偏析模型
    1.7 半連鑄鑄錠的應(yīng)力場模擬
        1.7.1 應(yīng)力場數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.7.2 熱應(yīng)力模擬中的數(shù)學(xué)模型
        1.7.3 熱裂形成機(jī)理
        1.7.4 熱裂判據(jù)研究進(jìn)展
        1.7.5 裂紋判據(jù)的選擇
        1.7.6 半連續(xù)鑄造過程的多物理場數(shù)值模擬
    1.8 本文研究思路及內(nèi)容
第2章 宏觀偏析數(shù)學(xué)模型的數(shù)值求解及驗(yàn)證
    2.1 引言
    2.2 連續(xù)介質(zhì)模型的建立與求解
        2.2.1 模型建立的基本假設(shè)
        2.2.2 宏觀偏析的數(shù)學(xué)模型
        2.2.3 滲透率模型
    2.3 宏觀方程的離散與求解
        2.3.1 宏觀傳輸方程離散
        2.3.2 交錯(cuò)網(wǎng)格下動量方程的離散
        2.3.3 迭代求解的收斂判據(jù)
        2.3.4 數(shù)值求解流程
    2.4 連續(xù)介質(zhì)模型的驗(yàn)證
        2.4.1 H-H實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)算例
        2.4.2 Bellet數(shù)值基準(zhǔn)算例
    2.5 本章小結(jié)
第3章 2024鋁合金半連鑄鑄錠宏觀偏析的數(shù)值模擬
    3.1 引言
    3.2 2024鋁合金的宏觀偏析數(shù)值模擬
        3.2.1 宏觀偏析的數(shù)學(xué)模型
        3.2.2 幾何模型與網(wǎng)格
        3.2.3 初始條件與邊界條件
        3.2.4 熱物性計(jì)算參數(shù)
        3.2.5 宏觀偏析的數(shù)值模擬結(jié)果
    3.3 本章小結(jié)
第4章 鑄造工藝參數(shù)對鑄錠宏觀偏析的影響
    4.1 引言
    4.2 研究方案
    4.3 鑄造工藝參數(shù)對宏觀偏析的影響
        4.3.1 鑄錠尺寸對宏觀偏析的影響
        4.3.2 鑄造速度對宏觀偏析的影響
        4.3.3 澆注溫度對宏觀偏析的影響
        4.3.4 二冷區(qū)冷卻強(qiáng)度對宏觀偏析的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 基于三相模型的Al-4wt%Cu半連鑄鑄錠的宏觀偏析數(shù)值模擬
    5.1 引言
    5.2 數(shù)學(xué)模型
        5.2.1 模型描述
        5.2.2 阻斷機(jī)制
    5.3 數(shù)值求解方法與邊界條件
    5.4 結(jié)果與討論
    5.5 本章小結(jié)
第6章 半連鑄鑄錠鑄造過程的溫度場和應(yīng)力場數(shù)值模擬
    6.1 引言
    6.2 模擬軟件與仿真計(jì)算過程
        6.2.1 MAGMA Soft概述
        6.2.2 數(shù)值模擬計(jì)算流程
    6.3 三維有限差分?jǐn)?shù)值模型
    6.4 熱物性計(jì)算參數(shù)
    6.5 溫度場控制方程與邊界條件
    6.6 本構(gòu)方程
    6.7 模擬結(jié)果與分析
        6.7.1 工藝條件對鑄錠液穴深度及形狀的影響
        6.7.2 工藝條件對鑄錠溫度梯度的影響
        6.7.3 工藝條件對鑄錠應(yīng)力場的影響
    6.8 本章小結(jié)
主要結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝



本文編號：3761995