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铸造凝固过程三维温度场及热应力场有限元技术研究

马兆敏  
【摘要】: 铸造系统凝固过程温度场、热应力场有限元法正在大力推动铸造业的发展,对于优化工艺设计、防止缩孔、缩松、偏析,热裂纹等缺陷,降低残余应力,提高铸件质量有重要作用。 本文首先总结了凝固过程数值模拟发展并对今后的发展趋势加以展望。建立了瞬态温度场、热应力场弹塑性三维有限元模型;以及温度场中初始条件、边界条件、潜热处理的数学模型。 开发了基于ANSYS软件的温度场、热应力场分析程序。考虑了材料性能随温度变化的特性,采用非线性分析。并对典型铸件一一应力框三维温度场、热应力场进行有限元分析。计算结果表明三维温度场的数值模拟能反映铸件冷却过程温度场的动态变化,与实测结果相吻合。计算的残余应力结果与实测值基本一致。 对实际生产的复杂铸件柴油机缸盖铸件温度场进行三维有限元分析,得到不同工艺条件下的从浇注到室温全过程的温度场,并评价了三种落砂温度工艺方案。结果表明落砂时间对铸件残余应力的大小有很大影响,但仅从落砂温度考虑是不够的,还应综合考虑材质及结构等方面的因素。从而也说明本文提出的三维温度场程序具有一定的实际意义,对工厂提高产品质量,减少废品率,增加经济效益具有重要作用。 最后,对复杂铸件柴油机缸盖在铸造过程中形成的残余应力进行测量。结果表明,缸盖表面有较大的压应力。


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