基于ANSYS软件对电渣熔铸中钢锭热应力场的模拟研究

摘要

电渣熔铸工艺是一种典型的近净成型技术，是生产优质高性能机械零件的新方法。由于熔铸钢锭温度场分布不均匀，导致了热应力的产生，这对钢锭的形状，尺寸精度和使用性能有很大影响，因此，了解熔铸钢锭中温度场和应力场的分布对电渣熔铸工艺参数的选择和钢锭质量的提高具有现实意义。但目前还几乎无法直接测量熔铸钢锭中应力分布，因而采用数值模拟方法研究电渣熔铸钢锭应力场具有重大意义。 本文首先利用能量守恒定律及弹塑性理论建立了符合实际的电渣熔铸系统热应力场的物理模型和数学模型，借助大型通用有限元分析软件ANSYS，对电渣熔铸钢锭的温度场和应力场进行了模拟研究，以了解熔铸钢锭温度场和应力场特点，模拟结果表明：电渣熔铸钢锭轴向应力为拉应力，由上而下、由内而外应力值逐渐增大，且自上而下遵循对数函数关系S=a ln(d)-b；同一截面周向应力是拉应力，而在同一截面的径向应力则是由内而外逐渐由受压应力转变为受拉应力，且由里而外逐渐变大；三个应力分量的共同作用使得钢锭下底部应力最大，容易在此处产生裂纹。此外，本文还讨论了电制度、渣制度以及水冷却制度等因素对电渣熔铸钢锭热应力场的影响，并在此基础上对ANSYS软件进行了二次开发，大大提高了其在电渣熔铸系统模拟研究中的使用效率。