方管铝型材喷水冷却温度场模拟及影响因素分析

为了解决方管铝型材冷却不均的问题,利用有限元分析软件Fluent,对方管铝型材喷水冷却的温度场进行了三维瞬态数值模拟,分析了方管铝型材特征点的温度场变化规律,研究了挤出成形速度、喷嘴纵向间距及喷嘴横向间距对方管铝型材冷却温度场的影响.结果表明:挤出成形速度和喷嘴纵向间距对方管铝型材纵向温度场影响明显,而喷嘴横向间距对温度场的影响主要表现在横向上.采用最大的挤出成形速度、最小的喷嘴纵向间距和80mm的喷嘴横向间距可以得到较均匀的冷却温度场.     

交通用铝型材挤压在线淬火过程的数值模拟和实验验证

建立某复杂截面铝型材挤压在线淬火实际生产过程的有限元模型,采用反求的界面换热系数作为界面换热参数,模拟计算型材挤压在线风淬过程。研究结果表明:在合金淬火敏感温度区间内,模拟温度与实测温度平均相对误差约为8.5%,证实了模型的可靠性;复杂截面铝型材各部位厚度差别较大,整体冷却不均匀,容易产生较大的热应力,增大型材产生变形等缺陷的风险。     

中厚板辊式淬火机淬火冷却系统的开发与应用

结合实际工况参数,采用有限元分析工具ANSYS软件,研究了辊式淬火机淬火冷却系统集管进水方式、均流结构等对喷水系统流量分布的影响.分析表明,中间进水形式的集管可形成一定的中凸水量分布,易于获得较为合理的水量分布;集管内的隔板阻尼可较明显地改善喷嘴射流速度分布的均匀性.并以自主开发的淬火机缝隙喷嘴结构为例,分析了缝隙射流的流动特性,模拟表明,所开发的缝隙喷嘴结构出口射流沿喷嘴长度方向的速度分布较为均匀,紊动度小,有利于保证淬火钢板的冷却均匀性.将开发的淬火冷却系统应用于生产实践,取得较好的使用效果.     

铝合金无缝管挤压成形过程的数值模拟与分析

针对铝合金无缝管的挤压成型工艺,设计7075铝合金无缝管的挤压模具和穿孔针,建立有限元分析模型,利用DEFORM V6.1有限元软件的数值模拟与仿真计算,分析不同挤压温度和速度对挤压力、内部温度场、应力分布的影响.结果表明, 7075铝合金无缝管挤压模拟过程中,挤压温度在400℃～500℃的范围内,挤压速度在5 mm/s～8 mm/s的范围内,挤压速度和挤压温度都对挤压力的大小有较大的影响.挤压速度越高时,挤压温度对挤压力的影响效果越明显;挤压温度越高时,挤压速度对挤压力的影响效果越明显;挤压温度升高,挤压筒内未产生大变形区域等效应力降低,管材靠近模孔处附加拉应力增大;挤压速度升高,应变分布不均匀性增大.为获得高品质的7075铝合金无缝管,应严格对挤压温度-速度工艺进行调控,并控制好管材出模孔温度.     

7050铝合金热挤压成形过程的有限元模拟

针对传统工程机械用销轴数量多、重量大、工况差等不足,以7050高强轻质铝合金代替传统钢质材料,采用DEFORM‐3D有限元分析软件,对7050铝合金热挤压成形过程进行有限元数值模拟,分析了挤压载荷、金属流动速率、等效应变、等效应力和温度场等参量的变化规律。结果表明,销轴的热挤压变形过程可分为4个阶段,即挤压填充阶段、开始挤出阶段、稳定挤压阶段和终了挤压阶段;工件内部等效应变分布横向均匀性较好,除了尾部变形不均匀外,其他部位应变分布基本一致;在挤压凹模模口处形成死区,工件内部等效应力达到最大值。     

Ti-6Al-4V合金等径转角挤压有限元分析

运用点迹跟踪法对Ti-6Al-4V合金进行600℃等温条件下的等径转角挤压有限元模拟,探讨其跟踪点的等效应力、等效应变及温度场,分析挤压速度和摩擦系数对挤压过程的影响.结果表明:试样越靠近模具内角点部位的应变率带越狭窄,变形时间越短,则应变率越高;靠近模具内角点或外弧线处的变形过程不稳定且出现振荡;在挤压过程中,因塑性变形热使得试样内部温度急剧升高,最高升幅达100℃以上,对挤压有利且至关重要;在挤压模具转角处,速度和摩擦热对试样的应力场和温度场的核心区域分布影响显著.     

ECAP中摩擦和背压对纯铜变形和组织的影响

采用有限元软件Deform-3D对纯铜等径角挤压(equal channel angular pressing,简称ECAP)过程进行数值模拟,分析不同摩擦条件下载荷变化、等效应力和等效应变的分布情况,并对纯铜微观组织进行观察;同时模拟不同背压条件下材料的变形过程,分析塑性变形区的应变速率和等效应变分布情况.结果表明:随着摩擦因数增大,载荷峰值明显增大,但对载荷在变形过程中的变化趋势影响不大;等效应力和应变分布不均匀;试样的晶粒细化程度变大但分布均匀性下降;背施加压有利于减小塑性变形区,等效应变分布更加均匀,材料的变形均匀性提高.     

等通道转角挤压-扭转的纯铜变形行为模拟

采用DEFORM-3D有限元模拟软件对纯铜等通道转角挤压-扭转(ECAP-T)进行模拟研究,研究变形过程中试样的等效应力和等效应变分布及变形路径对等效应变分布的影响,对变形后晶粒的细化效果进行分析.结果表明:相对于单纯ECAP变形,ECAP-T具有更大的应变量和更好的晶粒细化效果;多道次挤压后试样沿Bc路径的等效应变分布最均匀,沿A路径较差;ECAP等效应变主要集中在试样的中心部位,但ECAP-T等效应变主要集中在试样表面;ECAP-T变形后沿Bc路径的晶粒细化均匀性最好,Ba路径次之,A路径最差,且变形后试样纵截面上外侧点的变形均匀性比中心处好.     

X5214铝合金型材挤压过程的数值模拟

通过采用有限元法与有限体积法相结合,在MSC.SuperForge有限元商业软件上实现了挤压比λ=98.28的X5214铝型材挤压过程的数值模拟;对比了3种不同导流孔形状对型材挤出模口处z向的流速均匀性:获得该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场和温度场分布图,并对金属的流动过程进行分析.模拟分析结果表明:对于X5214铝型材,采用对称导流模可获得较佳的流速均匀性.     

基于Fluent的无缝钢管控制冷却喷嘴布置参数

为获得轴向均匀的温度场,利用Fluent有限元仿真软件,对无缝钢管控冷设备中喷嘴布置情况进行了三维建模及数值模拟,研究了喷嘴直径、喷嘴个数、喷嘴排数、喷嘴入口速度和入口方向等参数对钢管外壁冷却均匀性的影响.结果表明,喷嘴直径和布置情况、以及喷嘴入口方向对钢管外表面冷却均匀性影响较大;喷嘴入口速度仅影响冷却速率,对钢管外表面冷却均匀性影响不大.     

7000系铝合金厚板喷淋淬火的数值模拟与分析

固溶处理淬火工艺是获得高性能铝合金板的关键环节。笔者从导热微分方程入手,建立了温度场的数学模型。利用ANSYS有限元软件,分别对7000系合金厚板传统淬火工艺以及喷淋淬火工艺过程中的温度场进行了数值模拟,获得了瞬态温度场解和淬火冷却曲线,比较分析了两种淬火工艺温度场对冷却效果的影响。结果表明：7000系合金厚板的辊底式喷淋淬火工艺优于传统工艺,能够获得冷却强度大,所需时间短和均匀性好的效果。     

减振器连杆高频感应淬火工艺的温度场有限元模拟

对不同感应淬火工艺处理的连杆进行了其表层显微硬度测试．应用有限元分析软件AN—SYS／Thermal对高频感应淬火工艺过程中的温度场进行了模拟．模拟分3个部分：感应加热部分、冷却液强制对流喷射淬火部分和空冷部分．分析结果表明，连杆的淬硬层深度与速功比(连杆移动速度与感应输出功率的比值)成线性关系．通过有限元分析计算，证明感应淬火处理连杆表层温度沿深度方向的分布与其硬度分布是一致的，并且速功比相同的连杆淬火温度场一致．模拟结果得到了连杆淬火横截面内各层温度随时间的变化曲线，对制定合理的感应淬火工艺具有重要的作用．     

空调冷凝器外环境喷雾冷却的数值模拟

当室外温度过高时,空调室外机组散热环境恶化,导致空调经济性降低.现采用在室外机组冷凝器上加装喷嘴进行水的喷雾冷却的方法,降低进入冷凝器的风温,改善冷凝器散热工况.通过CFD软件进行数值模拟,模拟不同水量、不同喷嘴角度的喷雾冷却对冷凝器外环境空气温度场以及对各点温度分布的影响.模拟结果表明,喷雾后冷凝器外环境温度降低,随着喷雾量、喷雾角度的增大,进风截面各点温度分布更为均匀,冷凝器散热能力得到提高.     

超快冷对H型钢冷却变形的影响

H型钢在冷却过程中不可避免地会产生温度不均,进而造成在H型钢横断面上冷却变形不均匀的现象,改善H型钢冷却变形均匀性成为H型钢研究重点.利用有限元分析软件ANSYS分别对H型钢超快速冷却过程中的内并外扩现象进行了模拟,并将模拟结果和实测数据对比,两者基本吻合.内并外扩原因是H型钢上下槽的冷却速度不均,造成残余应力过大.通过改善超快冷设备结构布置方式和过程控制模式,改进后的模拟和实测数据结果均表明内并外扩问题得到解决.     

热轧带钢精轧温度的设定策略

为了提高热轧带钢头部终轧温度命中率,以及确定合理的机架间喷水冷却制度,结合带钢热轧过程温度数学模型,开发了精轧区温度模拟计算软件·对多种不同规格产品进行了离线模拟计算,模拟计算结果与实测结果吻合较好,表明模型具有较高的精度·在温度模拟计算的基础上,给出了终轧温度设定策略·对两种截然不同的机架间喷水冷却阀门开启逻辑做了计算分析,结果表明,逆向开启机架间喷水冷却阀门,顺向关闭阀门,能以较少的喷嘴开启数达到终轧温度目标范围,并且可以节约能耗·     

Temperature distribution and dynamic control of secondary cooling in slab continuous casting

To predict and optimize the temperature distribution of slab continuous casting in steady operational state, a three-dimensional model (named "offline model") based on the heat transfer and solidification theories was developed. Both heat transfer and flux distribution characteristics of the nozzle sprays on the slab were considered, and the complicated boundary conditions, such as spray cooling, natural convection, thermal radiation as well as contact cooling of individual rolls were involved in the model. By using the calibrated caster dependent model factors, the calculated temperature and shell thickness accorded well with the measured. Furthermore, a dynamic secondary water cooling control system was also developed on the basis of a two-dimensional transient heat transfer model (named "online model") and incremental PID control algorithm to reduce slab surface temperature fluctuation in unsteady state. Compared with the traditional spray table control method, the present online model and dynamic PID control demonstrate a higher capability and flexibility to adjust cooling water flowrate and reduce slab surface temperature fluctuation when the casting speed is changed.     

宽板坯连铸二冷区喷嘴冷却特性研究

根据宽板坯连铸实际工况条件,测定不同冷却条件下喷嘴的冷却特性曲线,分析不同喷嘴布置与连铸实际需要条件的关系.结果表明,喷嘴水流密度峰值随着冷却水量的增加而变大,水流覆盖区域变宽;当喷嘴冷却水量过大时,水流密度分布均匀性不好;气体压力对喷嘴水流密度分布影响不大;双喷嘴喷淋水重叠区的叠加效应随着左边喷嘴冷却水量的递减呈明显的下降趋势,随两喷嘴间距的变大而逐渐减弱;喷嘴间距为450 mm时,铸坯表面喷淋水流密度分布更为合理.     

基于ANSYS的镁合金铸轧辊冷却研究

利用ANSYS有限元软件,对铸轧辊建立二维模型来模拟铸轧辊在镁合金铸轧过程中的温度场分布.通过分析不同冷却水温度及冷却水速下铸轧辊温度场的分布情况,得出在镁合金铸轧过程中,提高冷却水速可以降低铸轧辊的温度场,但随着冷却水速的提高,这种能力逐渐减弱;而冷却水温度对铸轧辊温度场影响不大.     

薄壁铝型材挤压有限体积分步模拟

建立了铝型材挤压成形有限体积法分步模拟系统．研究了有限体积分步求解方法关键技术，实现了各分步有限体积模拟系统的数据传递和信息继承．在每一分步计算中，占用相对较少的计算机资源，可划分更为细致的有限体积网络．利用该方法成功地模拟了薄壁类铝型材挤压成形过程，并对成形中应力、应变及温度场分布的演化进行了分析．研究结果表明，有限体积分步法是模拟薄壁类铝型材挤压成形过程的有效方法．