ZL205A合金铸造过程粘弹塑性本构模型及筒形件变形规律

发布时间：2020-10-12 17:33

　　 材料在凝固过程中的应力/应变本构模型,尤其是高温阶段本构模型,对于提高铸造应力场模拟精度和实用化程度,具有重要的理论和实际意义。但是,目前对于高温阶段应力/应变本构关系的研究不充分,加上我国非常缺乏对于铸造材料的高温力学性能参数的测试,相关数据库仍处于空白阶段,给凝固过程应力/应变模型的研究带来很大难度。本文通过对ZL205A合金进行低温和高温条件下的拉伸实验,获得不同温度下的应力/应变曲线,计算得到ZL205A在低温和高温时的力学性能参数。使用ProCAST模拟软件,选用Perzyna粘弹塑性本构模型作为计算ZL205A合金凝固过程应力场的本构模型。分别使用线弹性、弹塑性和粘弹塑性模型对应力框试样进行应力场模拟,并与实验结果进行比较。结果表明,应力场模拟中,粘弹塑性模型的模拟结果与实验结果最接近;分别使用线弹性、弹塑性和粘弹塑性模型对改进后的热裂试样进行模拟计算,并进行热裂试样的浇注实验,将模拟值与实验值进行比较。结果表明,粘弹塑性模型模拟结果优于线弹性模型和弹塑性模型。使用粘弹塑性模型对大型薄壁筒形件进行应力场模拟,模拟结果显示,筒形件的应力主要集中在法兰与薄壁的交界处,薄壁处外侧的应力大于内侧应力,导致筒形件出现产生上下端向内收,中间向外凸出,法兰向外张开的变形。通过模拟计算不同筋高的筒形件的应力值和变形量,得到增大筋高可以达到降低应力、减少变形的结论。当筋高从19mm提高到为48mm时,筒形件中法兰与薄壁交界处的应力降低了一半,变形量减小了四分之一。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TG292
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文精度、稳定性与收敛性等。域的几何形状，在铸造过程数值模拟中，主要是铸件比较规则的几何形状时，模拟计算精度比较高。但是几则具有较低的精度。但有限差分法在于某些特殊情况下优势。迄今为止，在某些特定的领域，例如流体力学等。体积法控制体积法是将整体区域划分成为有限个互不交叉的一个计算网格点，使用每个计算格点粗略代表每个控制计算，最后使用微分方程对划分得到的每一个控制体积1 所示。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文有限元法的中心原理是将一个复杂问题变换为一个较简单问题后，进行运算。采用的运算方法，即是使用将连续体问题进行离散化的方法。把连续体剖分网格，形成有限个单元，并根据边界条件中的有限个的参数约束了单元的大小和形状；使用与求解标准离散问题的完全相同的适用规则，求解作为连续体剖分成的单元的集合体的整个系统[24]。 本文使用的 ProCAST 模拟软件即使用的有限元法。有限元法是基于变分原理，建立在传统的 Ritz 法的基础上，导出代数方程组来求解偏微分方程。方法是将铸件整体划分成有限个网格用以求解边界值问题，接着将每一单元体当做独立个体进行分析，使用插值法进行求解[25]。有限元法可以解决许多的物理难题，包括弹性变形、塑性应变、温度场问题、流动问题等，都可以用有限元法解决。在塑性加工情况下，最重要的条件就是体积不变，这一点可以使用拉格朗日乘数法或罚函数法进行引入。三维有限元分析系统如图 1-2 所示，包括前处理模块、中间计算模块和后处理结果显示模块。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文进行前处理建模，通过绘图软件将二维工艺图进行几何造型，形成三维立体图，进行网格划分，生成单元体和节点的数据，并进行单元、材料等基础数据库，最后生成数据文件，结束前处理部分；中间计算模块是使用主控程序进行计算求解，并将前处理模块生成数据文件代入计算过程，读入初始数据文件，并施加边界以及约束条件，接下来进行温度场计算，并变形计算，并使用两者进行耦合，然后进行应力/应变计算，并根据应力/应变模拟计算结果反馈回温度场计算和变形计算中，最后生成计算结果数据文件，中间计算模块结束；在后处理结果显示当中，代入前处理模块和中间计算模块生成的数据文件，并读取模型数据文件以及计算结果数据文件，并生成显示文件，包括计算数据的图显、动画显示网格节点、锻件以及模具优化结果图以及其他结果，根据这些结果进行分析，得出结论，后处理结果结束。不管采用怎样的方法进行数值方程的计算，凝固阶段数值模拟相关程序都应该囊括三个方面：前处理模块，中间计算模块和后处理模块，如图 1-3 所示。
【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 许腾跃;ZM6镁合金铸件应力与工艺特性分析[D];哈尔滨工业大学;2018年

本文编号：2838066