Thermomechanical Behavior in Continuous Bloom Casting with Different Mold Tapers

A two-dimensional finite element model was used to analyze the thermal and mechanical behavior during solidification of the strand in a continuous bloom casting mold. The coupled heat transfer and deformation were analyzed to simulate the formation of the air gap between the mold and the strand. The model was used to investigate the influence of mold taper on the temperature and stress distributions in the strand. The results show that the air gap mainly forms around the strand corner, causing a hotter and thinner solidifying shell in this region. The mold taper partially compensates for the strand shell shrinkage and reduces the influence of the air gap on the heat transfer. The mold taper compresses the shell and changes the stress state around the strand corner region. As the strand moves down into the mold, the mold constraint causes compressive stress beneath the corner surface, which reduces the hot tear that forms on the strand.     

树脂添加量对壳型覆膜砂热性能的影响

本文研究了树脂量对壳型膜覆砂热性能的影响,指出树脂量对壳型覆膜砂热性能的影响是通过树脂膜厚和砂粒间粘结膜接触点数目的改变来实现的.在试验条件下(使用70/140硅砂,树脂添加量约为3%),树脂膜厚在2μm左右有较好的综合性能.     

连铸结晶器内铸坯温度场和应力场耦合过程数值模拟

针对碳钢在连铸结晶器内的凝固过程,考虑坯和铜板间接触状态,建立了完全热力耦合的二维热－弹塑性有限元模型,利用ＭＡＲＣ商用软件包在微机上求解,模拟出了连铸结晶器区域热和力学状态,特别是铸坯和结晶器壁界面状态,包括铸坯表面温度,界面热流和气隙分布规律等,本模拟工作可以为优势结晶器锥度,开发高拉速曲面结晶器提供理论依据和技术基础。     

铸型阻碍应力计算模型研究

依据金属凝固和收缩过程中铸型对铸件形成机阻力的机理及三种砂型的实测结果，建立了以加权量为特征量的铸型阻碍应力计算模型，揭示了铸型界面温度升至峰值的过程中，铸型阻碍应力急增长；其后随着铸型界面温度的降低，铸型阻碍应力增速率明显变慢。     

接触热阻对超声速飞行器结构响应分析的影响

在超声速飞行中,界面间接触热阻对结构传热有重要的影响。在超声速飞行器设计与安全评估中,需要准确判断接触热阻对结构响应的影响。为此,形成考虑接触问题的热力直接耦合有限元计算方法,建立了超声速飞行器前缘结构局部模型,通过CMY(Copper-Mikic-Yovanovich)模型获得了界面间接触热阻,计算了超声速飞行中考虑与不考虑接触热阻时飞行器前缘的结构响应。结果表明:在仿真中考虑接触热阻大幅改变了结构的温度与应力响应,并增强了温度场与应力场间的双向耦合关系。同时,载荷大小决定了接触热阻对结构应力场的影响程度。     

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。     

接触热阻对高温换热设备管口区温度分布的影响

对高温换热设备管口区的传热进行了深入的分析。采用有限差分数值分析方法着重研究了管口区域内换热管与管板胀接面上接触热阻对管口区传热的影响，得到了管口区中的温度分布，并进行了相应的传热机理分析；还与未来考虑接触热阻时的计算结果进行了比较。     

加压成型工艺提高熔注炸药凝固冷却速率的机理研究

为了揭示加压成型工艺提高装药凝固冷却速率的机理,通过1维导热实验并结合数值反演方法,求解装药与模具间的界面换热系数随凝固冷却时间及成型压的变化规律.研究结果表明,成型压力增加使得装药与模具间的界面换热系数增大,这是加压成型工艺提高装药凝固冷却速率的根本原因.      

用接触分热阻讨论接触热阻问题

为预测接触热阻,引入了接触分热阻概念,把接触热阻视为两个接触物体之间接触分热阻的串联,通过建立单热流通道上接触分热阻的截锥体模型及热流通道上的温度分布方程,研究了接触热阻中的三维传热现象。对该模型进行数值求解后得到截锥体接触模型上的温度分布情况,继而通过大量的数值计算,拟合出了一个求解单热流通道上接触分热阻的计算式。研究结果,在较大的范围内该式的计算值同数值解法的结果较为吻合,如果以这样单热流通道作为接触面上的当量单热流通道,则可以预测整个接触面上的接触热阻。     

曲轴箱压铸模温度场分析

该文主要阐述对曲轴箱压铸模进行温度场分析的重要意义，以及采用有限元法模拟压铸型的温度场，时间域内采用有限差分法模拟非稳定温度场的变化的方法。采用这种方法连续画出一系列平行截面的温度场图形，便可得知整个压铸模的温度场分布规律，设计模具时，便可根据温度场的分布规律合理地调整冷却通道的位置和数目，解决冷却系统的设计难题。     

连铸结晶器中坯壳生长有限元分析

为了预测结晶器出口铸坯坯壳的厚度与均匀性,考虑气隙对连铸坯的边界换热条件的影响,建立了铸坯传热凝固有限元计算分析的数学模型。采用热通量系数法反映实际的坯壳角部凝固特征现象。在方坯结果验证基础上,通过对新型H型连铸坯凝固过程进行模拟,计算得出了结晶器出口处坯壳的厚度。计算结果表明:H型铸坯坯壳的厚度随着拉速的增加而变小;铸坯在腹板和翼板交接处最薄,应适当增加水量,以保证坯壳在结晶器出口处具有足够的厚度。     

电磁软接触连铸圆坯结晶器传热分析

针对电磁软接触连铸过程,建立了结晶器三维电磁场及温度场模型,研究了电流、电源频率、铸坯与结晶器间热流密度以及绝缘材料导热性能对温度场的影响.结果表明,在高频电磁场作用下结晶器壁温度相比传统连铸结晶器有所提高.当前计算条件下,频率和电流增大,结晶器壁峰值温度随之升高.热流密度的大小直接决定着结晶器壁的温度分布,热流越大,温度沿高度方向的不均匀性越明显,沿结晶器周向,由于材料不连续引起的温度梯度也越大.绝缘填缝材料的导热性能对结晶器壁温度分布有较大影响,导热性能差的绝缘材料使温度沿高度方向出现两个峰值,分别对应于切缝的两端,加大了铜壁的温度梯度.     

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.     

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.     

软接触电磁连铸结晶器传热行为研究现状

软接触电磁连铸是一项提高铸坯表面质量的新技术。从结晶器内钢液传热的过程综合论述了软接触结晶器的传热机理,并分析了结晶器内温度场影响因素的研究现状。最后指出了在结晶器传热过程中,以往的研究所没有涉及的方面。     

室内沙疗室实验阶段气固耦合热环境的数值模拟

研究室内沙疗室实验阶段空气和沙体间热量传递规律。运用计算机流体力学(CFD)技术建立了室内沙疗室实验阶段三维热物理模型及数学模型,应用Fluent软件计算了沙疗室内气固耦合传热问题,数值模拟与实验验证了空气和沙体温度场的变化。结果表明模拟与实验中空气和沙体的温度场变化规律吻合良好;与吐鲁番沙疗场相对照,模拟得到了适宜室内进行沙疗的温度稳态层及其埋沙深度;通过单口热压自然通风使室内沙疗室的空气热环境具有一定的热舒适度。因而,室内沙疗室可提供沙疗所需温度且相对舒适的热环境,为进一步完善室内沙疗系统的设计提供理论和实践依据。     

高射速自动机身管热容量及热应力分析

针对高射速自动机在连续射击条件下,身管承受高频、高温及高压冲击作用的特点,采用传热学理论与有限元方法相结合方法,建立了高射速自动机身管热结构耦合分析模型.选取不同管径比的身管为实例,对自动机以高射速连续射击条件下身管的热容量和热应力情况进行了仿真,得出了管壁温度和热应力随连续射弹数的变化趋势及热应力在管壁内的分布规律,在考虑膛压和温度场共同作用下,进一步分析了热应力的存在对不同管径比身管强度安全性的影响.该文分析方法和仿真结果对小口径高射速自动机身管的设计具有一定的参考价值.     

沙疗温度及血液灌注对膝关节温度场和应力场的影响

为探究沙疗过程中沙体温度及血液灌注率对于人体膝关节部位温度场分布以及骨骼热应力的影响,在生物传热学以及经典力学的理论基础上,通过运用将膝关节部位的计算机断层扫描(computed tomography,CT)影像数据导入3D逆向建模软件Mimics建立三维模型,并将模型导入COMSOL软件并进行传热数值模拟的方法来研究了沙疗过程中膝关节温度场以及热应力的变化规律.结果表明:在45℃沙体环境下沙疗30 min,膝关节骨骼的温度和热应力主要集中在髌骨和胫骨上,而在胫骨的长骨部位尤为集中.由骨骼热应力变化曲线可以知道骨骼平均热应力在沙疗20 min时达到顶峰,在20～30 min出现下降趋势,然后在30 min以后随着时间增加开始逐渐减退.可见合适的沙疗时间在20 min左右为最佳,但不超过30 min为宜.在整个沙疗过程中,血液灌注率对于人体的温度场以及应力场起着至关重要的调节作用.     

Hastelloy C-276合金与硅钢间的瞬态接触换热实验研究

利用自制的瞬态接触换热系数测量装置对Hastelloy C-276合金与硅钢间的瞬态接触换热进行测试,通过对比校核点温度的实测值和计算值来验证测量装置和方法的可靠性,探讨试样初始温度和接触载荷对接触换热系数的影响.研究结果表明:校核点温度的实测值和计算值基本吻合,表明测量装置和方法可靠;当接触发生后,接触换热系数在很短的时间内快速增大,并随时间的增长,逐渐趋于稳定.接触换热系数随着Hastelloy C-276合金试样初始温度的升高而增大,随接触载荷的增大而增大,且接触换热系数与接触载荷近似呈指数关系.     

水平连铸坯热应力的计算和分析

应用铸坯凝固过程中的热弹塑性应力模型,对马钢水平连铸热试期间的铸坯进行了传热、应力和应变分析计算。定量地反映了铸坯的热应力分布,指出水平连铸铸坯出结晶器后,表面温度回升太大,可能产生中间裂纹和中心裂纹。