连铸方坯热应力模型的研究及应用

为了减少不恰当连铸二冷操作导致的铸坯内部裂纹等缺陷,在凝固传热模型验证的基础上建立了方坯二维弹塑性应力模型.通过此模型计算了水量优化前后铸坯应力分布情况,获得了铸坯在二冷区的应力分布规律.分析了影响连铸坯内部裂纹的因素,提出预防热裂纹产生的措施,为研究二冷对铸坯质量的影响提供了理论基础,并为优化二冷水量改善铸坯质量提供了依据.     

37Mn5连铸圆坯凝固过程数学模拟

为控制油井管用连铸圆坯质量,基于薄片移动法建立了连铸圆坯凝固传热数学模型,并应用ProCAST软件对37Mn5钢Φ150mm连铸圆坯凝固过程进行了数学模拟,铸坯表面温度模型预测结果与工业试验测温结果相一致.模拟结果表明,在过热度为(20±5)℃,拉速为2.5m.min-1条件下,可以控制结晶器出口坯壳厚度、铸坯液芯长度和铸坯表面温度在合适的范围内,有利于防止铸坯表面裂纹和内部裂纹等缺陷的产生和保证浇铸安全,并实现较高的生产率.     

沟槽内壁结晶器坯壳初期凝固过程模拟研究

以锡液水冷铜板浸渍实验模拟钢连铸过程,研究结晶器内壁划分沟槽对坯壳初期凝固过程的影响.结果表明,沟槽内壁结晶器可改善铸坯传热效果和初期凝固坯壳不均匀程度,减少铸坯表面纵裂纹的产生     

沟槽内壁结晶器坯壳初期凝固过程模拟研究

以锡液水冷铜板浸渍实验模拟钢连铸过程 ,研究结晶器内壁划分沟槽对坯壳初期凝固过程的影响 .结果表明 ,沟槽内壁结晶器可改善铸坯传热效果和初期凝固坯壳不均匀程度 ,减少铸坯表面纵裂纹的产生     

高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物

针对高拉速板坯连铸生产的低碳铝镇静钢铸坯,采用Aspex自动扫描电镜对铸坯表层夹杂物进行大面积的扫描分析,得到不同拉速下夹杂物的变化规律,并探究流场和S含量对夹杂物分布的影响。结果表明：随着拉速增大,钩状坯壳的深度和长度逐渐减小。对拉速大于2 m·min-1的铸坯,由于钩状坯壳不是很发达,铸坯表层没有发现大于200μm的夹杂物。铸坯表层尺寸介于50~200μm的夹杂物主要是由凝固坯壳所捕获,而夹杂物在凝固前沿的受力决定了夹杂物的捕获行为。随着拉速提高,凝固前沿的钢液流速增加,随着冲刷力的增加、捕获力的减少,夹杂物被捕获的数量减少。在高拉速连铸下,如果钢液中S含量较大,夹杂物受到明显的温度Marangoni力,会更容易被凝固坯壳捕获。     

连铸坯凝固过程应力模型综述

简要分析了不同作者的连铸凝固过程应力模型。 A.Grill等人对 80 0～ 1 50 0℃范围内钢的力学性能与温度的关系进行了假设 ,采用有限单元法 ,根据温度梯度及支撑辊的压力来计算铸坯的应力场 ,建立了应力模型 ;K.Sorimachi对 A.Grill模型进行了改进 ,假设钢在连铸温度 (80 0～ 1 50 0℃ )下的机械性能只与温度和应变速率有关 ,且应变速率为常数 1 0 - 3s- 1,忽略其它变量对机械性能的影响 ;蔡开科考虑铸坯温度回升 ,建立了铸坯热 -弹 -塑性应力模型。     

宽板坯凝固前沿轻压下率模型的研究

结合连铸坯凝固规律及轻压下技术改善铸坯中心偏析的冶金原理,建立宽板坯轻压下率理论模型。根据某厂连铸宽板坯实际生产条件,以传热模型计算的铸坯凝固温度数据作为轻压下率模型计算条件,分析拉速、浇注温度、坯壳凝固收缩特性对铸坯轻压下率的影响规律。结果表明,在相同的拉速和浇注温度条件下,铸坯轻压下率沿拉坯方向的分布总体呈减小趋势;拉速较高时的起始轻压下率小于拉速较低时对应的起始轻压下率;拉速与平均轻压下率呈线性递减关系:拉速每升高0.1m/min,平均轻压下率减小0.015mm/m;浇注温度越低,轻压下区起始轻压下率的值越高;浇注温度对平均轻压下率的影响较小,浇注温度每升高10℃,平均轻压下率仅减小0.002 5mm/m;铸坯外部凝固坯壳的收缩对整个轻压下区平均轻压下率的贡献量为20.4%～22.3%。     

连铸板坯轻压下过程中间裂纹产生机理

针对板坯连铸过程中间裂纹严重的问题,对中间裂纹的形貌、元素偏析等情况进行分析.通过建立有限元模型,对不同压下位置和不同压下量凝固前沿的受力情况进行计算并与临界应力值进行对比.结果表明：C、P、S等元素在晶界处富集只是促使中间裂纹开裂的内因,真正造成铸坯开裂的原因是凝固前沿所承受的拉应力.铸坯通过矫直段时,多处位置的凝固前沿所承受的拉应力超过钢的临界值,导致凝固前沿容易开裂延伸,形成中间裂纹;而弧形段和水平段处凝固前沿所承受的拉应力不超过钢的临界值,无裂纹产生.统计现场大量轻压下的实验结果显示：轻压下避开矫直区进行时,中间裂纹的发生率降低约41.3%.     

二次冷却对板坯中间裂纹的影响

目前,如何在保证铸坯质量的前提下提高内部质量,特别是防止影响最终产品轧制性能的严重中间裂纹的出现,是转炉一连铸治金工艺路线存在地普遍问题。结合连铸板坯凝固过程的二冷DYNACS冷却模型模拟计算,阐述了二次冷却对铸坯中间裂纹的影响,并在此基础上提出了解决方案。     

钢板坯连铸初拉阶段凝固过程数值模拟

建立了钢板坯连铸初拉阶段的三维非稳态传热凝固模型，且实现了该过程的模拟，建立了铸坯凝固层厚度与其表面热流率间的关系，用以表达不同位置上铸坯与结晶器间的换热边界条件，用直接差分法获得了不同高度断面上宽面和窄面的凝固壳厚度及其与拉坯速度随时间变化的关系。模拟结果与实际生产结果基本吻合。     

开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析

基于ABAQUS有限元软件中的二维壳单元和三维实体单元,对铺层角度为［0°/(±45°)₃/(90°)₃］_s的开孔T300/1034-C碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷作用下的失效过程进行研究.首先,在ABAQUS有限元软件中建立壳单元和连续壳单元碳纤维复合材料模型,利用自带的2D Hashin准则与退化模型模拟了层内失效.但二维模型没有考虑各层失效间的相互影响,进而通过编写材料子程序VUMAT,引入3D Hashin准则和基于断裂能的等效应力-应变双线性退化方式,采用实体单元模拟碳纤维复合材料的失效行为.通过对三种单元模型进行模拟,结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更易失效,成为裂纹源;在层合板失效过程中,都呈现“X形”向“沙漏形”失效发展趋势,最终沿宽度方向断裂;实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值,三种单元模拟极限失效载荷与实验数据相差分别为26.1%,31.1%,8.64%.     

Formation of internal cracks during soft reduction in rectangular bloom continuous casting

To investigate the formation of internal cracks in GCr15 bearing steels during the soft reduction process in rectangular bloom continuous casting, fully coupled thermomechanical finite element models were developed using the commercial software MSC.MARC, and microstructures and fractographs were also observed. With the finite element models, the contours of temperature, equivalent plastic strain, and equivalent von Mises stress were simulated. It is observed that the fracture surfaces of internal cracks are covered by cleavage or quasi-cleavage facets. The region of internal cracks in the intergranular brittle fracture mode is in the mushy zone between the zero ductility temperature (ZDT) and the zero strength temperature (ZST). The simulated equivalent plastic strain in the crack region is 2.34%-2.45%, which is larger than the critical strain (0.4%-1.5%), and the equivalent von Mises stress is 1.84-5.05 MPa, which is within the range of critical stress (3.9-7.2 MPa), thus resulting in the occurrence of internal cracks. Reducing the soft reduction amount from 3 to 2 mm can lower the stress under the critical value.     

结晶器内连铸坯热弹塑性应力的有限元分析

建立了结晶器内连铸坯热弹塑性应力有限元分析模型,在推导的热弹塑性本构方程中考虑了材料力学性能,屈服函数随温度和应变速率的变化,模拟计算了结晶器内连铸坏应力分布。模拟结果表明,在铸坯的热节约内,高温坯壳受到拉应力的作用,易于产生裂纹,从而说明铸坯偏角区形成的热节约是连铸坯裂纹缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

用工艺巷深孔爆破法改善综放开采中顶煤的冒放性

改善顶煤冒放性是综放开采急需解决的关键技术之一,顶煤冒放性与煤体裂隙发育程度有着很大的联系。工艺巷深孔爆破就是利用爆破产出裂隙,在不影响采煤机正常割煤、不会对支架造成威胁的情况下改善顶煤的冒放性。主要介绍了工艺巷深孔爆破参数的确定及其在现场的应用。     

结晶器振动对连铸坯初始裂纹形成影响

简要分析了振动结晶器内弯月面坯壳受力研究现状,归纳了坯壳初始裂纹的形成原因.在此基础上提出描述伴随结晶器振动的弯月面坯壳受力模型,阐述振动周期内初凝坯壳力学状态.分析表明,振动特定时段内,结晶器振动引起施加于弯月面处初凝坯壳上的机械应力为148.4 k Pa,而该温度下坯壳高温临界断裂强度仅为119.1 k Pa,结晶器振动产生的机械应力超过临界断裂强度时极易引发初始裂纹的形成.当结晶器振动速度大于1.61 m·min~(-1)时弯月面处坯壳初始裂纹开始形成,且产生于钢水自由液面以下2.15~5.4 mm位置范围.     

基于3D-DIC方法研究内爆作用下金属圆柱壳体的动态变形特征

针对爆炸容器动态变形的研究,传统方法是采用电阻应变片对某一点的变形进行测量,这种“点应变”测量不能得到结构动态变形的全场数据,并且爆炸产生的带电气体对应变片干扰较大.为克服电阻应变测量的不足,采用双目立体成像的原理对内爆炸载荷作用下的金属壳体动态变形进行测量.获得了直径210 mm、壁厚2.5 mm的金属圆柱壳体在不同TNT当量（20,60,80,100 g）的全场变形.分析壳体的动态变形,拟合了环向、轴向变形和挠度的经验公式,为金属圆柱壳体结构的抗爆设计提供理论依据.     

T700纤维缠绕发动机壳体力学性能分析及优化设计

利用网格理论计算纤维缠绕固体火箭发动机壳体的基本尺寸,建立有限元模型,施加边界条件,在壳体承受内压的情况下,分析应力应变结果云图,研究容易发生失效的部位;采用有限元优化设计软件中尺寸优化的方法,在满足使用设计和使用需求的前提下,对纤维缠绕壳体进行质量优化,分析优化后的结果,研究单层厚度的变化,并对优化后的结果进行强度校核.结果表明:优化后的纤维缠绕壳体质量减轻12.09％,强度校核的结果满足设计使用需求,优化方法设计安全合理,为纤维缠绕发动机壳体的优化设计提供理论基础.     

基于塑性损伤理论的钢筋混凝土锈胀裂纹模拟

基于混凝土的塑性损伤理论建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂的有限元模型.通过位移加载来模拟钢筋的锈胀作用,以最大应变作为混凝土损伤的判据,通过衰减混凝土弹性模量来实现混凝土损伤,研究了钢筋锈蚀引起的混凝土保护层内裂纹发生和扩展的轨迹.为了直观表示开裂轨迹,通过ABAQUS子程序USDFLD定义拉伸状态下的场变量f1,给出了内部裂纹、表面裂纹产生时对应的临界锈蚀率,探讨了钢筋直径、锈胀系数、保护层厚度对临界锈蚀率的影响.结果表明:侧向裂纹从混凝土内部钢筋表面开始扩展,竖向裂纹从混凝土保护层的外表面开始向内部扩展,且出现较晚;临界锈蚀率随着钢筋直径、锈胀系数的增大而减小,特别是锈胀系数的影响更显著,而...