本文關(guān)鍵詞：電磁攪拌對(duì)鋁合金凝固影響的數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在鋁合金凝固過程施加電磁攪拌能顯著提高合金的內(nèi)部與表面質(zhì)量,故對(duì)電磁攪拌作用機(jī)理的研究以及其對(duì)鋁合金熔體的表面質(zhì)量與內(nèi)部性能的影響則十分有必要。本文根據(jù)Maxwell電磁學(xué)理論基礎(chǔ)確定實(shí)驗(yàn)求解理論方程,再通過理論方程推導(dǎo)出電磁場(chǎng)作用力方程,并以有限元計(jì)算方法為基礎(chǔ),通過ANSYS有限元軟件首先構(gòu)造出二維和三維的電磁攪拌物理模型和有限元模型,再通過設(shè)置邊界條件和初始條件計(jì)算電磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與電磁力的一些分布情況,然后改變電流、頻率攪拌參數(shù)來探究其對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力的影響。實(shí)驗(yàn)表明:電磁攪拌作用下的金屬熔體內(nèi)部的磁場(chǎng)分布規(guī)律,磁場(chǎng)的分布規(guī)律為磁場(chǎng)在有鑄坯表面向中心衰減,且磁場(chǎng)在整個(gè)徑向上對(duì)稱分布,在徑向上的分布呈現(xiàn)出一個(gè)“V”字形;在一個(gè)計(jì)算周期內(nèi),磁場(chǎng)在電磁攪拌作用下呈周期運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)方向呈順時(shí)針;磁感應(yīng)強(qiáng)度在周期內(nèi)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)過程中分布均勻,鑄坯內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度在計(jì)算范圍內(nèi)隨著頻率的增大而減小,電磁力在計(jì)算的范圍內(nèi)隨頻率的增大而增大;磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)力大小隨著電流的遞增而遞增,且趨勢(shì)呈指數(shù)性遞增。為了更進(jìn)一步探究電磁場(chǎng)的作用情況,通過ANSYS有限元軟件的CFX模塊建立了流體的三維物理模型和有限元模型,先設(shè)置流場(chǎng)邊界條件再把前面電磁場(chǎng)計(jì)算出的電磁力耦合到流場(chǎng)中作為流場(chǎng)的初始條件,求解出了流場(chǎng)的分布規(guī)律以及電流強(qiáng)度和頻率參數(shù)對(duì)流場(chǎng)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:添加電磁攪拌后的鋁合金熔體產(chǎn)生繞著中心旋轉(zhuǎn)的速度場(chǎng),增強(qiáng)了熔體流動(dòng);且添加攪拌的熔體速度在鑄坯表面最大,在中心最小,其速度場(chǎng)的分布在徑向上從表面至中心逐漸減小,流體的最大切向速度與電流強(qiáng)度呈線性的關(guān)系,即最大切向速度隨著電流強(qiáng)度的增大而增大,流體的速度在計(jì)算的頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增大也逐漸增大。為了驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性,通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和模擬的結(jié)果相差不大,說明模擬具有較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)效果。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金 電磁攪拌 數(shù)值模擬 磁感應(yīng)強(qiáng)度 電磁力 流場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG292
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 鋁合金的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景8-9
• 1.2 電磁攪拌技術(shù)9-12
• 1.2.1 電磁攪拌的基本原理10
• 1.2.2 電磁攪拌的特點(diǎn)和分類10-11
• 1.2.3 電磁攪拌技術(shù)的冶金效果11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外電磁攪拌技術(shù)的發(fā)展研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 有限元法理論概述14
• 1.5 選題的創(chuàng)新及意義14-15
• 1.6 本文研究目的與內(nèi)容15-16
• 第二章 實(shí)驗(yàn)研究方案和設(shè)計(jì)16-28
• 2.1 研究總體方案16
• 2.2 電磁攪拌裝置16-18
• 2.3 實(shí)驗(yàn)研究方法18-28
• 2.3.1 理論推導(dǎo)18-22
• 2.3.2 電磁攪拌的數(shù)值模型的建立22-26
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證26-28
• 第三章 磁場(chǎng)模擬結(jié)果分析28-44
• 3.1 鑄坯內(nèi)部磁場(chǎng)特征30-36
• 3.1.1 鑄坯電磁場(chǎng)隨時(shí)間變化30-32
• 3.1.2 鑄坯內(nèi)水平截面內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布32-35
• 3.1.3 三維磁場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果35-36
• 3.2 電磁攪拌參數(shù)對(duì)磁場(chǎng)分布的影響36-42
• 3.2.1 電流對(duì)磁場(chǎng)分布的影響36-38
• 3.2.2 電流對(duì)磁場(chǎng)力的分布38-39
• 3.2.3 頻率對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響39-41
• 3.2.4 頻率對(duì)電磁力的影響41-42
• 3.3 本章小結(jié)42-44
• 第四章 磁場(chǎng)與流場(chǎng)的耦合模擬結(jié)果分析44-56
• 4.1 磁場(chǎng)與流場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)模型44
• 4.2 磁場(chǎng)與流場(chǎng)的耦合44-45
• 4.3 流場(chǎng)模擬的結(jié)果分析45-55
• 4.3.1 熔體在鑄模內(nèi)的三維流場(chǎng)的速度分布45-46
• 4.3.2 是否添加電磁攪拌鋁合金液面的特征對(duì)比46-49
• 4.3.3 攪拌電流強(qiáng)度對(duì)鋁合金熔體流場(chǎng)的影響49-53
• 4.3.4 攪拌電源頻率對(duì)鋁合金熔體流場(chǎng)的影響53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 電磁攪拌的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證56-66
• 5.1 電磁攪拌對(duì)鋁合金顯微組織的影響56-60
• 5.1.1 有無電磁攪拌對(duì)鋁合金顯微組織的影響56-57
• 5.1.2 磁場(chǎng)分布對(duì)鋁合金顯微組織的影響57-58
• 5.1.3 磁場(chǎng)分布對(duì)鋁合金力學(xué)性能的影響58-60
• 5.2 電源頻率對(duì)電磁攪拌效果的影響60-64
• 5.2.1 電源頻率對(duì)鋁合金凝固組織的影響60-61
• 5.2.2 電磁攪拌運(yùn)行方式對(duì)鋁合金顯微組織的影響61-64
• 5.3 本章小結(jié)64-66
• 第六章 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 致謝71-72
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果72-73

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