有限差分法在铸造应力场模拟中的应用

基于单向热-力耦合模型,用有限差分法(FDM)进行温度场模拟,将所求得的温度结果作为体载荷施加到应力分析的三维模型中,采用不同差分格式对控制方程进行离散,计算应力应变,开发出FDM/FDM铸件热应力场数值模拟系统.该系统使得铸造应力应变分析与传热分析使用同一FD网格模型,避免了采用不同模型进行热-力耦合分析时的结点匹配问题,减小由此产生的单元温度载荷传递误差.采用实际铸件进行了浇注实验和残余应力测试试验,模拟结果与实际情况一致,表明FDM可以用来模拟铸件残余应力的形成和预测热裂产生的倾向.     

铸造工艺的计算机辅助设计

阐述了铸造工艺计算机辅助设计的研究方法.使用PRO/E软件完成对铸件的实体造型,利用相应的铸造模拟软件MAGMAsoft对铸件充型状态、凝固过程的温度场、流场和应力场进行模拟.根据模拟结果,可判断出铸件可能产生的缺陷并对缺陷成因进行分析,评估了铸造工艺与铸件质量,提出了改进方案.     

铸件焊接过程中温度、应力场的测试方法

本文根据铸件焊接过程中温度场、应力场的特点，设计了温度、应力测试系统。在弄清影响系统输出主要因素的基础上，确定了热输出标定方法和测试方案，并应用该系统对铸件焊接过程中的温度场与应力场进行了测试。初步弄清了温度场、应力场的变化规律．     

铸造残余应力有限元分析

本文扼要介绍铸铁件在浇注后凝固过程中瞬时温度场及残余应力场的计算原理和方法。方法的特点是:通过实验测定铸铁件边界上若干点的温度动态曲线,并将求解瞬态温度场的问题,转化为求解准稳态温度场的问题,利用ADINAT程序计算各瞬时的温度场。计算结果与实测值吻合得相当好。然后以各瞬时温度场为依据,利用ADINA程序累加计算铸件由高温冷却至室温时的残余应力场。应力水平为5kg/mm~2,并绘制了相应的应力分布图。     

残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用

为了研究采空区残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用下温度、位移与应力的变化规律.应用飞箭有限元分析软件,利用耦合理论方程,编制了相应的二维有限元程序模拟残煤自燃的过程.模拟结果显示:残煤燃烧导致整个岩体结构发生性质上的改变,内部应力场重新分配,进而产生应力释放,回弹效应.在一定范围内,使地表产生变形和移动.有限元模拟与试验结果类似.     

采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。     

近液相线半连续铸造中凝固组织的多尺度模拟

建立了描述连续铸造过程的温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度上的模拟耦合起来.利用外推边界条件对Al-Cu合金在近液相线半连续铸造过程的稳态温度场进行了计算;根据连续铸造特点,提出了用液/固相变区域中元胞的平均过冷度作为形核计算的基本参数,避免了铸件中心区域的多余形核问题.对Al-(3.5~10)%Cu合金、铸造速度为2.0 mm/s的液相线铸造的凝固组织进行了模拟,并且ZL201合金的模拟结果与实验吻合.计算表明:合金成分对半固态合金组织的形成有较大影响,当合金质量分数在(8~10)%时可获得晶粒大小和分布良好的合金组织.     

熔模精密铸造低温型壳浇注探讨

为克服传统精密铸造热法浇注造成的铸件表面脱碳、化学粘砂、表面晶粒粗大等铸造缺陷 ,经反复实验 ,对精铸型壳层在浇注过程中温度场与应力场进行分析 ,提出了用复合法工艺制壳 ,采用低温型壳浇注的工艺方法 .以提高铸件机械性能和加工性能 ,降低精铸件废品率     

涡轮导向叶片热冲击双向耦合数值研究

航空发动机涡轮导向叶片热冲击过程是一个典型的固体变形场、温度场和流场三场耦合作用问题,工况复杂。基于流固热耦合理论,求解一维平板模型热弹性解析解;并进行数值模拟和对比分析,验证了双向耦合方法的有效性。应用建立的双向耦合方法对某涡轮导向叶片热冲击过程进行数值模拟,得到了涡轮导向叶片表面温度及热应力分布规律。研究表明,提出的双向耦合方法可以有效地预测涡轮导向叶片的温度及应力分布规律,计算温度与试验误差小于5%;应力集中处与试验中叶片破坏区域一致。研究对航空发动机涡轮叶片热冲击过程数值模拟提供了有效方法。     

锌锭模热力行为数值模拟及失效分析

针对锌锭模在使用过程中内圆角部位因疲劳裂纹而失效的问题,利用有限元方法,模拟锌液浇注及其凝固过程中锌锭模的温度场和应力场,找到锌锭模上拉应力最大的3个点,此3点即为控制模具使用寿命的关键点.分析锌锭模的初始温度、锌液的浇注温度对关键点最大应力的影响,模拟锌锭模自身铸造应力和组织性能,得到模具断面铸造应力和抗拉强度分布.分析锌锭模裂纹产生的原因,提出锌锭模使用工艺.研究结果表明:热冲击和疲劳是锌锭模产生裂纹的主要原因,裂纹不一定位于应力最大部位,而是位于应力较大且组织性能较差的部位;在锌锭浇注过程中,当模具的温度较低时,应采用低温浇注.