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  本文關(guān)鍵詞：基于MATLAB平臺有限單元法的鑄造熱應(yīng)力場數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華中科技大學(xué)》 2011年

基于MATLAB平臺有限單元法的鑄造熱應(yīng)力場數(shù)值模擬

向智  

【摘要】：自20世紀(jì)70年代開始，以信息技術(shù)為先導(dǎo)推動傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的發(fā)展，已成為現(xiàn)代鑄造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。而計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，不僅已成為高質(zhì)量生產(chǎn)的必備條件，同時(shí)也是鑄造生產(chǎn)現(xiàn)代化的主要發(fā)展方向。 通過鑄件凝固過程熱應(yīng)力場的數(shù)值模擬，工程師能夠在實(shí)際澆鑄前預(yù)測和分析鑄件變形、裂紋及殘余應(yīng)力，為防止因應(yīng)力集中所造成的缺陷、優(yōu)化鑄造工藝、確保鑄件成品尺寸精度要求、提高鑄件力學(xué)強(qiáng)度和質(zhì)量提供了科學(xué)的依據(jù)。目前鑄件熱應(yīng)力場數(shù)值模擬依然是鑄造過程宏觀模擬的研究熱點(diǎn)及研究難點(diǎn)。 當(dāng)前，國內(nèi)鑄造過程熱應(yīng)力場模擬研究大部分借用國外通用有限元商品化分析軟件，如ANSYS、MARC、ADINA、ABUQUS等作為應(yīng)力場分析工具，進(jìn)行FDM/FEM集成化研究。誠然，這能幫助我們模仿乃至探究鑄造熱應(yīng)力場數(shù)值模擬仿真的基本思路和辦法，但是，國外關(guān)鍵技術(shù)的封鎖及國內(nèi)企業(yè)的需求，決定了鑄造凝固過程熱應(yīng)力場數(shù)值模擬必然要走自主創(chuàng)新、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化軟件道路，因此，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化鑄造熱應(yīng)力場模擬仿真軟件顯得十分必要。 本研究緊密結(jié)合學(xué)科研究前沿?zé)狳c(diǎn)和鑄造生產(chǎn)實(shí)際過程，充分利用華鑄課題組成熟的數(shù)值模擬技術(shù)和華鑄課題組商品化軟件成果-華鑄CAE，依靠MATLAB平臺強(qiáng)大的數(shù)學(xué)數(shù)值計(jì)算能力，走借鑒對比國外成熟商品化軟件、完全自主編程開發(fā)鑄造熱應(yīng)力場模擬程序的道路�；贛ATLAB平臺開發(fā)程序，避免了復(fù)雜的矩陣計(jì)算所造成的編程瓶頸，提高了開發(fā)效率，增加了計(jì)算精度。依托華鑄CAE模擬鑄件凝固過程中的流動場和溫度場結(jié)果，再將溫度場作為熱載荷傳入使用有限單元法編寫的熱應(yīng)力場模擬分析程序，將有限差分法(FDM)模擬流動傳熱及有限單元法(FEM)模擬變形應(yīng)力的優(yōu)勢結(jié)合在一起，進(jìn)一步提高了程序模擬計(jì)算的效率和精度。本研究基于MATLAB平臺采用FEM方法對鑄造過程熱應(yīng)力場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究，成功開發(fā)了MATLAB平臺的鑄造熱應(yīng)力場模擬程序，可以用來計(jì)算鑄件的殘余應(yīng)力、模擬鑄件的熱變形以及預(yù)測鑄件熱裂產(chǎn)生的傾向。 最后，本研究采用典型試件柵形應(yīng)力框?qū)λ_發(fā)的算法和程序進(jìn)行了算例驗(yàn)證，并與商品化軟件ANSYS的模擬結(jié)果進(jìn)行了對比，二者吻合良好。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)對比了實(shí)際鑄件的澆鑄結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本研究模擬計(jì)算得出的鑄件應(yīng)力集中區(qū)域正是真實(shí)鑄件的脆弱斷裂區(qū)域。對比試驗(yàn)表明，本研究所采用的算法及開發(fā)的程序能較好地預(yù)測鑄件變形及熱應(yīng)力的集中位置。本研究自主開發(fā)的可較準(zhǔn)確計(jì)算鑄件熱應(yīng)力及熱變形的FEM模擬程序，為進(jìn)一步開發(fā)商品化FEM鑄造熱應(yīng)力場模擬軟件奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，，本研究不僅具有重要的理論意義，同時(shí)也具有良好的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TG21;TP391.9
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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10 謝震;變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電模擬平臺的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 向智;基于MATLAB平臺有限單元法的鑄造熱應(yīng)力場數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2011年

2 劉鳴;西藏高原始新世與現(xiàn)今兩期應(yīng)力場的對比研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

3 賴文垚;OFDM系統(tǒng)的研究、性能仿真及基于DSP技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[D];大連海事大學(xué);2004年

4 王晉;基于MATLAB/Simulink的建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真分析[D];天津大學(xué);2004年

5 葉臣;基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量技術(shù)的研究[D];青島科技大學(xué);2005年

6 齊磊;兩種獨(dú)立懸架Lagrange型動力學(xué)仿真模型[D];吉林大學(xué);2005年

7 王巖山;模糊控制技術(shù)在注射機(jī)控制中的應(yīng)用[D];山東大學(xué);2005年

8 聶晶;小型風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2005年

9 楊銘;數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在專利信息分析與預(yù)測中的應(yīng)用研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

10 李山德;并聯(lián)型有源電力濾波器研制及其應(yīng)用仿真研究[D];鄭州大學(xué);2006年

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