轧机机架水玻璃砂型铸造过程数值模拟研究

发布时间：2016-08-25 07:33

  本文关键词：轧机机架水玻璃砂型铸造过程数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《中南大学》 2010年

轧机机架水玻璃砂型铸造过程数值模拟研究

余军  

【摘要】： 大型铸钢件的铸造过程是一个复杂的高温动态凝固过程。由于大型铸件具有断面尺寸大、凝固时间长及收缩严重等特点,在其铸造成形过程中容易形成缩孔疏松、裂纹和应力变形等缺陷。铸造过程的数值模拟技术是铸造学科的前沿领域,运用它对铸造过程进行模拟,能够预测铸造缺陷、优化工艺参数,从而降低生产成本。本文中结合某大型轧机铸钢机架的水玻璃砂型铸造工艺方案,运用数值模拟方法对铸件的凝固冷却过程进行分析,并对缺陷进行预测,为铸造生产工艺的制订提供可靠依据。 1、概述了铸造过程数值模拟技术的研究内容、国内外的发展现状以及仿真用材料热物性参数的研究现状。分析了数值模拟的计算方法；介绍了铸件缩孔疏松缺陷的形成机理及预测判据；总结了铸件凝固过程中温度场、应力场的有限元理论以及材料热物性参数的测定方法。 2、制订了用于测定水玻璃石英砂型热物性参数的试验方案,运用自制的试验装置测定了砂型中的温度场分布。利用热物性参数的反算法,对实际生产用砂型的热物性参数—热导率和比热容进行了计算,得到可用于数值模拟的热物性参数数据。同时对传热过程中铸件—铸型的界面换热系数进行了确定,得到的换热系数值可用于温度场的数值模拟。 3、根据某大型轧机铸钢机架的水玻璃砂型铸造工艺方案,对铸造中的冒口、冷铁等进行了设计,建立了数值模拟的三维有限元模型。运用ProCAST软件,对机架的凝固过程的温度场进行了分析,预测了可能产生缩孔疏松的位置；分析了凝固冷却过程中的热应力和残余应力分布规律,讨论了机架的变形情况,对可能产生裂纹的位置进行了预测。

【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG333;TG242
【目录】：

摘要3-4

ABSTRACT4-6

目录6-8

第一章 绪论8-15

1.1 轧机机架的铸造生产现状8-9

1.2 铸造数值模拟的研究进展9-12

1.2.1 铸造数值模拟的研究内容9-10

1.2.2 铸造数值模拟研究的国内外进展10-12

1.2.3 铸造数值模拟的应用现状12

1.3 与模拟仿真相关材料热物性参数研究现状12-13

1.3.1 模拟仿真用材料性能参数12

1.3.2 数值模拟用型砂热物性参数研究现状12-13

1.4 本论文研究背景及意义13-14

1.5 本论文研究内容及结构安排14-15

第二章 砂型铸造数值模拟有限元分析基础15-27

2.1 前言15

2.2 砂型铸造温度场有限元分析基础15-17

2.2.1 凝固过程热传递的基本方式15-16

2.2.2 凝固过程三维传热数学模型16-17

2.3 砂型铸造应力场有限元分析基础17-23

2.3.1 铸造热应力形成过程和分析方法17-18

2.3.2 热弹塑性模型本构方程18-22

2.3.3 热裂纹判据的选择22-23

2.4 铸件缩孔疏松缺陷的形成与预测23-25

2.4.1 铸件缩孔疏松形成机理23-24

2.4.2 铸件缩孔疏松预测判据24-25

2.5 铸造用材料热物性参数测定方法25-26

2.6 本章小结26-27

第三章 水玻璃砂型热物性参数的测定27-39

3.1 前言27

3.2 水玻璃砂型传热过程温度场测试27-35

3.2.1 试验目的27-28

3.2.2 试验装置设计28-29

3.2.3 试验材料及仪器29-31

3.2.4 试验过程及结果31-35

3.3 砂型热物性参数的确定35-38

3.3.1 基本数学模型及反算方法35-36

3.3.2 水玻璃砂比热计算36-37

3.3.3 水玻璃砂热导率计算37-38

3.4 本章小结38-39

第四章 水玻璃砂型温度场数值模拟39-51

4.1 前言39

4.2 ProCAST软件与前处理软件接口方式分析39-42

4.2.1 ProCAST文件读入与处理方式39-40

4.2.2 Pro/E与ProCAST接口分析40-41

4.2.3 其他软件与ProCAST接口方式41-42

4.3 砂型传热数值模拟前处理42-48

4.3.1 三维有限元模型的建立42-44

4.3.2 铸件与砂型界面换热系数的确定44-48

4.4 砂型传热过程温度场模拟结果48-50

4.5 本章小结50-51

第五章 大型轧机铸钢机架砂型铸造数值模拟研究51-69

5.1 前言51

5.2 机架概况及铸造工艺分析51-54

5.2.1 机架概况51-52

5.2.2 机架铸造工艺分析52-54

5.3 数值模拟分析前处理54-56

5.3.1 有限元模型的建立54-55

5.3.2 热物性参数的设定55-56

5.3.3 初始条件及边界条件的设定56

5.4 温度场模拟结果分析56-62

5.4.1 温度结果分析57-60

5.4.2 凝固结果分析60-61

5.4.3 铸件缩孔疏松分析61-62

5.5 应力场模拟结果分析62-68

5.5.1 凝固过程热应力分析62-64

5.5.2 冷却过程残余应力分析64-65

5.5.3 应力变形分析65-68

5.6 本章小结68-69

第六章 全文总结与展望69-71

6.1 主要研究工作及结论69-70

6.2 研究中存在的问题及展望70-71

参考文献71-76

致谢76-77

攻读硕士学位期间发表的学术论文77

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本文编号：102899