本文關(guān)鍵詞：特厚連鑄矩形坯凝固過程數(shù)值模擬的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,橋梁、隧道、軍工設備等行業(yè)也得到了迅速發(fā)展,使得機械和建筑需求的特厚鋼材急劇增加,同時對鋼材的質(zhì)量和性能也提出的嚴格要求,因此提高特厚連鑄坯的產(chǎn)量和質(zhì)量就成為了連鑄研究的重中之重。在特厚連鑄坯生產(chǎn)過程中,鑄坯裂紋的質(zhì)量缺陷約占到總質(zhì)量缺陷的一半以上,因此控制鑄坯裂紋的產(chǎn)生和探索裂紋形成的機理就顯得非常重要。本文通過采用有限元分析軟件ANSYS建立700mm×1 500mm特厚連鑄矩形坯凝固傳熱過程的數(shù)學模型和彈塑性應力模型,對鑄坯從結(jié)晶器彎月面開始到二冷區(qū)結(jié)束的過程中的溫度場和應力場進行數(shù)值模擬,同時分析了不同拉速、過熱度和比水量等工藝參數(shù)對鑄坯在凝固傳熱過程中溫度場和應力場的影響,為探討裂紋產(chǎn)生機理,預防和減少裂紋形成提高鑄坯質(zhì)量提供依據(jù),具體工作內(nèi)容如下:(1)建立特厚連鑄矩形坯的二維凝固傳熱數(shù)學模型。本文針對建模中存在的問題,創(chuàng)新性的提出了三種鑄坯模型,即直角模型、圓角模型和倒角模型,運用二維切片法分別對其進行有限元仿真模擬,獲得了鑄坯沿拉坯方向上的溫度場和坯殼厚度,并考慮了在不同連鑄工藝參數(shù)下其變化趨勢進而得到了最合理的鑄坯模型。(2)建立了特厚連鑄矩形坯的二維彈塑性應力模型。在獲得的鑄坯溫度場基礎上,同時充分考慮材料的高溫力學性能參數(shù),利用間接的方法對鑄坯的應力場進行熱力耦合模擬研究,并考慮了不同連鑄工藝參數(shù)下熱應力的變化趨勢,也再次驗證了新型鑄坯模型的合理性。(3)結(jié)合對鑄坯溫度場和應力場的仿真結(jié)果,計算了鑄坯表面的成裂指數(shù),對鑄坯裂紋進行預測,分析減少裂紋產(chǎn)生的技術(shù)方法。利用有限元分析軟件ANSYS對700mm×1 500mm特厚連鑄矩形坯在連鑄過程的溫度場和應力場進行數(shù)值模擬,可以直接清楚的獲得鑄坯在每個冷卻位置點的溫度、坯殼厚度、坯殼收縮以及坯殼的應力等分布情況,較為真實的反映出鑄坯的溫度演變過程和應力發(fā)展過程,對連鑄在實際生產(chǎn)中預測裂紋形成等鑄坯質(zhì)量缺陷,改善和優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)提供一定的參考。
【關(guān)鍵詞】：特厚連鑄坯 凝固傳熱 數(shù)值模擬 熱力耦合
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG249.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 連鑄過程概述12-14
• 1.1.1 連鑄技術(shù)簡介12
• 1.1.2 連鑄機種類與特點12-14
• 1.2 國內(nèi)外特厚連鑄坯技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外特厚連鑄坯技術(shù)的發(fā)展14-15
• 1.2.2 國內(nèi)特厚連鑄坯技術(shù)的發(fā)展15-16
• 1.3 國內(nèi)外連鑄坯凝固過程仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 連鑄坯凝固過程中溫度場的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 連鑄坯凝固過程中應力場的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 選題背景、創(chuàng)新點、研究方法及內(nèi)容19-21
• 1.4.1 選題背景19
• 1.4.2 課題創(chuàng)新點19
• 1.4.3 研究方法19-20
• 1.4.4 研究內(nèi)容20-21
• 第2章 連鑄坯凝固傳熱理論及有限元分析21-38
• 2.1 連鑄坯凝固傳熱理論21-30
• 2.1.1 連鑄坯凝固傳熱過程及特點21
• 2.1.2 鑄坯凝固傳熱特點21-22
• 2.1.3 結(jié)晶器內(nèi)的傳熱與凝固22-24
• 2.1.4 二冷區(qū)的凝固傳熱24-29
• 2.1.5 空冷區(qū)的凝固傳熱29
• 2.1.6 鑄坯冷卻過程的冶金準則29-30
• 2.2 特厚連鑄機相關(guān)參數(shù)的確定30-33
• 2.2.1 拉速的確定30-31
• 2.2.2 結(jié)晶器長度的確定31
• 2.2.3 冶金長度的確定31-32
• 2.2.4 結(jié)晶器出口的最小坯殼厚度32
• 2.2.5 設備參數(shù)值32-33
• 2.3 熱傳導問題的有限元分析33-37
• 2.3.1 導熱的基本方程33-34
• 2.3.2 穩(wěn)態(tài)溫度場的有限元解法34-36
• 2.3.3 瞬態(tài)溫度場的有限元解法36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 特厚連鑄矩形坯凝固傳熱數(shù)學模型的建立與分析38-57
• 3.1 鑄坯凝固傳熱數(shù)學模型的建立38-45
• 3.1.1 凝固傳熱數(shù)學模型的基本假設38
• 3.1.2 模型的基本導熱微分方程38-39
• 3.1.3 有限元模型的建立及網(wǎng)格劃分39-40
• 3.1.4 不同角部形狀模型的建模40-41
• 3.1.5 初始條件和邊界條件41-45
• 3.2 鑄坯的物性參數(shù)的選取45-47
• 3.2.1 固相率45
• 3.2.2 固相線、液相線溫度45-46
• 3.2.3 鋼的導熱系數(shù)46
• 3.2.4 密度46-47
• 3.2.5 凝固潛熱的處理47
• 3.2.6 比熱47
• 3.3 鑄坯凝固仿真結(jié)果與分析47-51
• 3.3.1 鑄坯的溫度分布47-48
• 3.3.2 不同角部模型在典型參數(shù)下溫度分布48-51
• 3.4 主要工藝參數(shù)對倒角鑄坯模型凝固過程的影響51-56
• 3.4.1 倒角模型在典型參數(shù)下溫度分布51-52
• 3.4.2 倒角模型在典型參數(shù)下坯殼厚度的變化52-53
• 3.4.3 拉坯速度對倒角模型溫度分布的影響53-54
• 3.4.4 過熱度對倒角模型溫度分布的影響54
• 3.4.5 比水量對倒角模型溫度分布的影響54-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第4章 特厚連鑄矩形坯凝固過程應力場數(shù)值模擬57-74
• 4.1 鑄坯凝固收縮和應力應變理論基礎57-59
• 4.1.1 鑄坯凝固過程的收縮57
• 4.1.2 鑄坯凝固過程的坯殼受力57-59
• 4.2 鑄坯應力分析過程59-60
• 4.2.1 鑄坯應力分析的方法59-60
• 4.2.2 鑄坯等效應力60
• 4.3 特厚連鑄矩形坯熱應力數(shù)學模型的建立60-63
• 4.3.1 模型建立的假設條件60-61
• 4.3.2 模型的力學控制方程61-63
• 4.3.3 初始條件和邊界條件63
• 4.4 鋼的高溫力學性能63-65
• 4.4.1 熱膨脹系數(shù)63-64
• 4.4.2 彈性模量64
• 4.4.3 屈服極限64
• 4.4.4 泊松比64-65
• 4.5 鑄坯凝固熱應力模擬結(jié)果與分析65-73
• 4.5.1 不同角部模型在典型參數(shù)下應力場分布65-68
• 4.5.2 拉速對坯殼凝固收縮和應力場的影響68-70
• 4.5.3 過熱度對坯殼凝固收縮和應力場的影響70-71
• 4.5.4 比水量對坯殼凝固收縮和應力場的影響71-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 第5章 溫度場和應力場在鑄坯裂紋研究中的應用74-82
• 5.1 鑄坯裂紋概述74
• 5.2 鑄坯裂紋分類74-75
• 5.2.1 鑄坯表面裂紋74-75
• 5.2.2 鑄坯內(nèi)部裂紋75
• 5.3 鑄坯成裂指數(shù)75-76
• 5.4 連鑄工藝參數(shù)對鑄坯成裂指數(shù)的影響76-79
• 5.4.1 不同角部鑄坯模型對鑄坯裂紋形成趨勢的影響76-77
• 5.4.2 拉速對鑄坯裂紋形成趨勢的影響77-78
• 5.4.3 過熱度對鑄坯裂紋形成趨勢的影響78
• 5.4.4 比水量對鑄坯裂紋形成趨勢的影響78-79
• 5.5 鑄坯裂紋產(chǎn)生的原因分析及減少裂紋產(chǎn)生的工藝技術(shù)方法79-81
• 5.5.1 拉速79-80
• 5.5.2 過熱度80
• 5.5.3 比水量80-81
• 5.6 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻84-88
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果88-89
• 致謝89

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3 陳Z誒

本文編號：362002