本文關鍵詞：電磁攪拌對鋁合金凝固影響的數(shù)值分析與實驗研究，，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,故對電磁攪拌作用機理的研究以及其對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電磁學理論基礎確定實驗求解理論方程,再通過理論方程推導出電磁場作用力方程,并以有限元計算方法為基礎,通過ANSYS有限元軟件首先構造出二維和三維的電磁攪拌物理模型和有限元模型,再通過設置邊界條件和初始條件計算電磁場的磁感應強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)來探究其對磁感應強度和電磁力的影響。實驗表明:電磁攪拌作用下的金屬熔體內(nèi)部的磁場分布規(guī)律,磁場的分布規(guī)律為磁場在有鑄坯表面向中心衰減,且磁場在整個徑向上對稱分布,在徑向上的分布呈現(xiàn)出一個“V”字形;在一個計算周期內(nèi),磁場在電磁攪拌作用下呈周期運動,運動方向呈順時針;磁感應強度在周期內(nèi)磁場運動過程中分布均勻,鑄坯內(nèi)磁感應強度在計算范圍內(nèi)隨著頻率的增大而減小,電磁力在計算的范圍內(nèi)隨頻率的增大而增大;磁感應強度和磁場力大小隨著電流的遞增而遞增,且趨勢呈指數(shù)性遞增。為了更進一步探究電磁場的作用情況,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,先設置流場邊界條件再把前面電磁場計算出的電磁力耦合到流場中作為流場的初始條件,求解出了流場的分布規(guī)律以及電流強度和頻率參數(shù)對流場的影響規(guī)律。實驗結果顯示:添加電磁攪拌后的鋁合金熔體產(chǎn)生繞著中心旋轉的速度場,增強了熔體流動;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度呈線性的關系,即最大切向速度隨著電流強度的增大而增大,流體的速度在計算的頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增大也逐漸增大。為了驗證模擬的準確性,通過實際實驗進行驗證,發(fā)現(xiàn)實驗的結果和模擬的結果相差不大,說明模擬具有較為準確的預測效果。
【關鍵詞】：鋁合金 電磁攪拌 數(shù)值模擬 磁感應強度 電磁力 流場
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 電磁攪拌的特點和分類10-11
• 1.2.3 電磁攪拌技術的冶金效果11-12
• 1.3 國內(nèi)外電磁攪拌技術的發(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 實驗研究方案和設計16-28
• 2.1 研究總體方案16
• 2.2 電磁攪拌裝置16-18
• 2.3 實驗研究方法18-28
• 2.3.1 理論推導18-22
• 2.3.2 電磁攪拌的數(shù)值模型的建立22-26
• 2.3.3 實驗驗證26-28
• 第三章 磁場模擬結果分析28-44
• 3.1 鑄坯內(nèi)部磁場特征30-36
• 3.1.1 鑄坯電磁場隨時間變化30-32
• 3.1.2 鑄坯內(nèi)水平截面內(nèi)磁感應強度的分布32-35
• 3.1.3 三維磁場的計算結果35-36
• 3.2 電磁攪拌參數(shù)對磁場分布的影響36-42
• 3.2.1 電流對磁場分布的影響36-38
• 3.2.2 電流對磁場力的分布38-39
• 3.2.3 頻率對磁感應強度的影響39-41
• 3.2.4 頻率對電磁力的影響41-42
• 3.3 本章小結42-44
• 第四章 磁場與流場的耦合模擬結果分析44-56
• 4.1 磁場與流場耦合的數(shù)學模型44
• 4.2 磁場與流場的耦合44-45
• 4.3 流場模擬的結果分析45-55
• 4.3.1 熔體在鑄模內(nèi)的三維流場的速度分布45-46
• 4.3.2 是否添加電磁攪拌鋁合金液面的特征對比46-49
• 4.3.3 攪拌電流強度對鋁合金熔體流場的影響49-53
• 4.3.4 攪拌電源頻率對鋁合金熔體流場的影響53-55
• 4.4 本章小結55-56
• 第五章 電磁攪拌的實驗驗證56-66
• 5.1 電磁攪拌對鋁合金顯微組織的影響56-60
• 5.1.1 有無電磁攪拌對鋁合金顯微組織的影響56-57
• 5.1.2 磁場分布對鋁合金顯微組織的影響57-58
• 5.1.3 磁場分布對鋁合金力學性能的影響58-60
• 5.2 電源頻率對電磁攪拌效果的影響60-64
• 5.2.1 電源頻率對鋁合金凝固組織的影響60-61
• 5.2.2 電磁攪拌運行方式對鋁合金顯微組織的影響61-64
• 5.3 本章小結64-66
• 第六章 結論66-68
• 參考文獻68-71
• 致謝71-72
• 攻讀學位期間的研究成果72-73

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馮新;吳金武;王恩政;;電磁攪拌系統(tǒng)在連鑄的應用[J];科技資訊;2006年16期

2 彭勇生;陳偉慶;;電爐電磁攪拌強度的冷態(tài)測定試驗[J];浙江冶金;2009年03期

3 大久保國雄;金得福;;熔鋁爐熔體的電磁攪拌[J];輕合金加工技術;1987年11期

4 方文偉;蔡希鎮(zhèn);章連成;;電磁攪拌在連鑄的應用和效果[J];浙江冶金;2001年02期

5 付海燕,李曉強;電磁攪拌在連鑄中的應用[J];一重技術;2002年04期

6 張殿彬 ,安東 ,張艷國;電磁攪拌在鋁熔鑄行業(yè)中的應用[J];世界有色金屬;2005年01期

7 林國強;謝植;于小方;李俊;孔凡杰;賈光霖;;末端電磁攪拌工業(yè)應用參數(shù)的優(yōu)化試驗分析[J];重慶大學學報(自然科學版);2007年09期

8 張紅霞;杜永勝;杜曉紅;;電磁攪拌中旋轉磁場及洛倫茲力的數(shù)值模擬[J];大學物理實驗;2010年05期

9 顧兆祖;;方坯結晶器內(nèi)置式電磁攪拌的應用[J];甘肅冶金;2011年05期

10 張紅霞;杜永勝;張雪峰;;頻率對電磁攪拌磁流耦合特性的影響研究[J];鑄造技術;2012年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張桂芳;;連鑄電磁攪拌的冶金基礎[A];第五期連鑄電磁攪拌技術學習研討班論文集[C];2008年

2 王慶賢;;電磁攪拌的工業(yè)應用[A];第五期連鑄電磁攪拌技術學習研討班論文集[C];2008年

3 金茹;許曉東;李本海;;首鋼連鑄電磁攪拌系統(tǒng)的開發(fā)與應用[A];2004年全國煉鋼、軋鋼生產(chǎn)技術會議文集[C];2004年

4 呂彥軍;麻永林;王貴;孫海明;;電磁攪拌過程的數(shù)值模擬[A];第八屆全國塑性加工理論與新技術學術會議論文集[C];1999年

5 葉楓;季文豪;;電磁攪拌對連鑄小方坯的質(zhì)量影響[A];第六屆連續(xù)鑄鋼全國學術會議論文集[C];1999年

6 李峰;成永久;史鳳武;;連鑄小方坯電磁攪拌工藝對產(chǎn)品質(zhì)量的影響研究[A];第八屆全國連鑄學術會議論文集[C];2007年

7 楊忠;劉海平;張元;周德剛;李愛武;蔣海波;;銅管繞組結晶器內(nèi)置式電磁攪拌研制與應用[A];第八屆全國連鑄學術會議論文集[C];2007年

8 李愛武;蔣海波;;板坯連鑄高磁力電磁攪拌輥技術及應用[A];2008年連鑄設備技術交流會論文集[C];2008年

9 王寶峰;;電磁攪拌數(shù)值計算及對連鑄坯質(zhì)量的影響[A];第五期連鑄電磁攪拌技術學習研討班論文集[C];2008年

10 蘇志堅;陳進;中島敬治;赫冀成;;線性電磁攪拌下低碳鋼凝固過程枝晶破碎準則[A];第七屆(2009)中國鋼鐵年會論文集（上）[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 百木牛;首鋼長白連鑄末端電磁攪拌應用效果顯著[N];中國冶金報;2007年

2 王民章;優(yōu)化參數(shù)增強電磁攪拌效果[N];中國冶金報;2009年

3 梁亞　董光軍;輥式電磁攪拌在大板坯連鑄機上的應用[N];世界金屬導報;2011年

4 金百剛 王軍;電磁裝備為潔凈鋼生產(chǎn)“掃清”障礙[N];中國冶金報;2009年

5 李占軍;宣鋼電磁攪拌設備投入生產(chǎn)應用[N];中國冶金報;2005年

6 冶文;電磁冶金技術裝備助力鋼鐵工業(yè)振興[N];中國冶金報;2009年

7 鄧小彬;亞賽電磁 淘盡黃沙始見金[N];鞍山日報　;2007年

8 肖述兵;鋁液鑄造的節(jié)能之寶——電磁攪拌[N];中國有色金屬報;2005年

9 楊爽;Ugine Ardoise 采用達涅利羅特萊克電磁攪拌技術[N];世界金屬導報;2003年

10 本報記者 高翔;將連鑄生產(chǎn)線“武裝到牙齒”[N];中國冶金報;2009年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 屈磊;磁場作用下Cu-Fe復合導線的組織調(diào)控及性能研究[D];東北大學;2013年

2 戰(zhàn)國鋒;電磁攪拌作用下特種鋼凝固組織的研究[D];東北大學;2012年

3 張靜;連鑄電磁攪拌結晶器內(nèi)鋼液流動的數(shù)值模擬與實驗研究[D];東北大學;2011年

4 湯孟歐;環(huán)縫式電磁攪拌理論與工藝研究[D];北京有色金屬研究總院;2012年

5 李偉軒;電磁場在銅連鑄中應用的研究[D];上海大學;2009年

6 吳扣根;圓坯連鑄結晶器電磁攪拌過程數(shù)學模擬與實驗研究[D];上海大學;2001年

7 李炎華;電磁場影響渣金界面反應動力學條件的實驗研究[D];東北大學;2010年

8 趙倩;螺旋磁場攪拌對合金內(nèi)在質(zhì)量影響的模擬與實驗研究[D];大連理工大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡鳳洋;鋼連鑄電磁攪拌工藝中磁流體場的數(shù)值分析[D];東北大學;2008年

2 翟孟姣;電磁攪拌作用下結晶器內(nèi)多物理場耦合數(shù)值模擬研究[D];燕山大學;2015年

3 李微;短時電磁攪拌和細化劑制備7A04鋁合金半固態(tài)漿料的研究[D];西南交通大學;2015年

4 陳偉;圓坯連鑄電磁攪拌的模擬與工藝研究[D];東北大學;2014年

5 李星;電磁攪拌圓坯連鑄結晶器電磁場與流場的數(shù)值模擬研究[D];東北大學;2014年

6 房元明;7075鋁合金螺旋電磁攪拌流變壓鑄工藝研究[D];北京有色金屬研究總院;2016年

7 吳亮亮;電磁攪拌作用下結晶器內(nèi)圓坯初始凝固過程數(shù)值模擬研究[D];燕山大學;2016年

8 丁賀;輥式二冷區(qū)電磁攪拌對板坯質(zhì)量影響研究[D];昆明理工大學;2016年

9 劉振永;基于故障樹分析的連鑄機電磁攪拌系統(tǒng)故障診斷技術研究[D];北京工業(yè)大學;2016年

10 劉月華;兩相正交逆變電源的研究[D];湖南大學;2015年

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

本文編號：464747