7050铝合金铸造过程温度场应力场数值计算

摘要

铝合金半连铸是一个动态凝固过程,该过程涉及到热传导、质量传输、结晶相变和应力产生等物理变化,同时,铸造过程可能产生成分偏析、疏松、缩孔及裂纹等缺陷。通过对铝合金半连铸过程模拟计算,可以全面观察凝固过程中温度场、应力场分布和不同工艺参数对温度场、应力场的影响。模拟结果可以提高实际生产过程中铸件质量,防止铸件缺陷,减少裂纹倾向性,改善生产工艺,提高生产效率。
　　本文首先概述7050铝合金半连铸技术的发展现状及半连铸模拟技术的发展情况,分析铝合金半连铸温度场、应力场的研究趋势。简述铸锭凝固过程工艺基础,从工艺角度分析液穴、热裂纹等铸造缺陷形成的机理。简述半连续铸造过程的热传导、对流换热及热辐射三种传热方式,建立半连铸温度场、热应力场弹塑性有限元数值模拟的理论基础,建立铝合金性能参数基础。
　　本文基于大型模拟软件ANSYS建立7050铝合金圆锭的热—力耦合模型。利用ANSYS软件生死单元技术进行半连铸凝固过程进行模拟计算,比较不同铸造温度、铸造速度、二冷区冷却水量及一冷区换热系数等工况下温度场、应力场的分布情况和液穴、糊状区深度。分析其产生的内在机理,提出合理的半连铸工艺。
　　研究结果显示:铸造温度以680℃~690℃为适宜温度,铸造速度采用70mm/min可减小铸锭内外温度梯度,降低裂纹倾向性。二冷区冷却水量采用3m3/h,结晶器对流换热系数为2500W/m2·k有利于铸锭壳壁的凝固和厚度的增加,可防止铸坯拉裂。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 文献综述

1.1 7050铝合金发展与半连铸技术的研究现状

1.2金属凝固过程数值计算的研究发展现状

1.2.1 数值计算的基本方法

1.2.2数值模拟计算发展

1.3课题来源、研究意义及内容

1.3.1课题来源

1.3.2论文内容

2铝合金半连铸理论基础

2.1铸锭的凝固过程工艺理论基础

2.1.2热裂纹产生原因及影响因子

2.2半连铸过程的热传导方式

2.2.1半连铸温度场控制方程及定解条件

2.2.2半连铸过程温度场有限元理论

2.3半连铸过程应力有限元理论

2.3.1铸造应力的简述

2.3.2半连铸过程热应力的描述

3铝合金半连铸过程有限元模型的建立

3.1引言

3.2 ANSYS有限元热分析及单元生死技术

3.2.1 ANSYS热分析简介

3.2.2单元生死技术

3.2.3耦合场分析

3.3数学模型

3.3.1边界条件与初始条件

3.3.2 7050铝合金热物性参数的处理

3.3.3 7050铝合金力学性能参数的建立

3.4二冷区对流换热系数的选取

4半连续铸造数值模拟结果及分析

4.1引言

4. 2 温度场结果及分析

4.2.1铸造过程温度场

4.2.2液穴及糊状区分析

4.3应力场结果及分析

4.3.1铸造过程应力场

4.3.2铸造过程引锭板对应力的影响

结 论

参考文献

致谢