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《重庆大学》 2012年
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颗粒增强功能复合材料凝固过程耦合数值模拟及实验研究

李婧  
【摘要】:离心铸造过程是个高温瞬时过程,对实验直接进行观察很困难,为了减少工业实验以及生产过程中的盲目性,同时节省能源、时间和费用,根据相似原理,采用数值模拟来进行辅助的计算分析已经越来越引起工作者的重视。由于缺乏必要的数据,当前离心铸造颗粒增强铝基梯度复合材料流动场的数值模拟技术集中在将基体粘度值考虑为定值。但实际凝固过程中,熔液的粘度随着温度的降低而增大,在这一背景下提出了必须将基体的粘度值考虑为温度的函数这一思想,并结合实验得到温度-粘度近似函数。模拟过程为计算铸件的温度场,然后通过温度-粘度函数计算瞬时粘度,最后带入流动场计算颗粒的分布场。 通过该方法分别完成了以ZL104合金和ZL109合金为基体的离心铸造SiC颗粒增强梯度功能材料凝固过程场耦合数值模拟。另外,实际浇注实验,分别得到了以ZL104合金和ZL109合金为基体的SiC颗粒增强零件试样,通过进行试样的颗粒偏聚层厚度和颗粒体积分数的测定,并与定粘度模拟值以及变粘度耦合模拟值在颗粒层厚度、颗粒体积分数等方面的对比分析,证实了场耦合思想与实际凝固过程更具契合性。 在温度-粘度耦合模拟更为接近真实凝固过程的基础上,运用实验还原法近似建立了初晶Si、Mg2Si颗粒的析出模型,通过UDF函数在每一迭代步之前更新流场颗粒体积分数,实现逐渐析出过程,建立了温度场-粘度场-流动场耦合模拟模型。得到了不同浇温下颗粒的偏聚结果,进行组织对比分析得出浇注温度应控制在720-750℃左右。将模拟结果与实验值进行对比,显示了模拟值同实验值有非常相似的梯度形式及体积分数值。模拟得到了同实验相符合的颗粒骤变梯度偏聚模型,验证了耦合模拟的可行性。总结了模拟中的差异性包括实验中最内层颗粒体积分数大于模拟值、试验中非颗粒层中已经几乎没有颗粒存在而模拟数据中非颗粒层仍有1%左右的颗粒存在、Mg2Si颗粒的模拟中明显看到在梯度层有颗粒下降区域而模拟值中没有这一区域等并对此分别进行了分析阐述。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB331

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【参考文献】
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