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离心凝固SiC_p/Al基复合材料颗粒分布模型与数值模拟研究

崔俊奎  
【摘要】:本论文对附加外力场作用下金属基复合材料的凝固机理和研究现状进行了阐述,对金属基复合材料凝固过程数值模拟的物理基础和数学模型进行了详尽地分析和总结,首次建立了在电磁离心凝固条件下外加强化相颗粒分布的金属基复合材料凝固过程多相流数学模型。 论文对在二维柱坐标系下给定SiC_p/Al基复合材料体系中SiC强化相颗粒在电磁离心凝固过程中的体积浓度分布进行数值建模,并对模型控制方程数值求解的初始条件和边界条件进行了分析和确定。 利用大型通用有限元ANSYS软件,基于二维柱坐标系下的非稳态导热微分方程,论文建立了SiC_p/Al基复合材料体系在离心凝固过程中的温度场分布数学模型,模拟结果表明在离心凝固过程中铸型预热温度和铸件浇注温度对凝固熔体温度场分布影响较大,离心转速和铸型种类对其影响次之。论文根据SiC_p/Al体系在离心凝固过程中的温度场分布模拟结果,对给定复合材料凝固过程中SiC颗粒的最终分布进行了计算,计算结果与实验结果相符。 论文通过对SiC_p/Al基复合材料体系在离心凝固过程中速度场、压力场和耦合温度场分布进行数值模拟及对SiC颗粒最终分布的计算,为实现电磁离心铸造过程中强化相颗粒分布的求解奠定了理论基础,为金属基复合材料的电磁离心凝固工艺的进一步工业化应用和实现对凝固成型过程的控制提供设计依据。


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