大型铝合金半连铸铸锭的宏观偏析与应力场数值模拟
发布时间：2023-03-12 21:42
半连续铸造作为高强度铝合金铸锭生产的主要工艺,其凝固过程的控制是获得高质量铸锭的关键,而高质量的铸锭是后续加工工艺的基础。宏观偏析、裂纹与缩松是铸锭在半连铸生产过程中产生的主要缺陷。因此,通过低成本、高效率的数值模拟技术研究铝合金半连铸铸锭的宏观偏析与应力生成机理与影响因素,进而对铸锭缺陷控制进行理论指导,同时具有重要的工程实践意义。本文的主要研究内容包括:宏观偏析连续介质模型的拓展、数值求解以及验证;基于拓展模型的2024铝合金半连铸铸锭的宏观偏析计算;铸造工艺参数对半连铸过程中2024铝合金铸锭宏观偏析的影响规律;基于三相模型的Al-4wt%Cu半连铸铸锭的宏观偏析研究;7050铝合金半连铸铸锭的温度场和应力场数值模拟。其主要研究成果如下:基于拓展的连续介质模型(Vreeman-Krane-Incropera),耦合微观Gulliver-Scheil凝固方程求解宏观的连续方程、动量方程、能量方程以及溶质传输方程,模拟计算铸锭的宏观偏析。采用近似相图的方法处理凝固路径,既能保证足够准确的计算精度,又大大提高了计算效率。采用基于有限体积法的大型流体力学计算软件FLUENT,通过其开放接...
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文的主要创新和贡献
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 铝合金概述
1.3 铝合金铸锭的半连续铸造
1.3.1 半连续铸造原理
1.3.2 半连续铸造的工艺参数
1.4 半连续铸造的凝固过程
1.5 半连铸过程的宏观偏析
1.5.1 宏观偏析概述
1.5.2 半连续铸造过程宏观偏析的表达形式
1.5.3 宏观偏析的形成机制
1.6 宏观偏析的数值模拟
1.6.1 凝固过程数值模拟
1.6.2 微观偏析模型
1.6.3 宏观偏析模型
1.7 半连铸铸锭的应力场模拟
1.7.1 应力场数值模拟研究现状
1.7.2 热应力模拟中的数学模型
1.7.3 热裂形成机理
1.7.4 热裂判据研究进展
1.7.5 裂纹判据的选择
1.7.6 半连续铸造过程的多物理场数值模拟
1.8 本文研究思路及内容
第2章 宏观偏析数学模型的数值求解及验证
2.1 引言
2.2 连续介质模型的建立与求解
2.2.1 模型建立的基本假设
2.2.2 宏观偏析的数学模型
2.2.3 渗透率模型
2.3 宏观方程的离散与求解
2.3.1 宏观传输方程离散
2.3.2 交错网格下动量方程的离散
2.3.3 迭代求解的收敛判据
2.3.4 数值求解流程
2.4 连续介质模型的验证
2.4.1 H-H实验基准算例
2.4.2 Bellet数值基准算例
2.5 本章小结
第3章 2024铝合金半连铸铸锭宏观偏析的数值模拟
3.1 引言
3.2 2024铝合金的宏观偏析数值模拟
3.2.1 宏观偏析的数学模型
3.2.2 几何模型与网格
3.2.3 初始条件与边界条件
3.2.4 热物性计算参数
3.2.5 宏观偏析的数值模拟结果
3.3 本章小结
第4章 铸造工艺参数对铸锭宏观偏析的影响
4.1 引言
4.2 研究方案
4.3 铸造工艺参数对宏观偏析的影响
4.3.1 铸锭尺寸对宏观偏析的影响
4.3.2 铸造速度对宏观偏析的影响
4.3.3 浇注温度对宏观偏析的影响
4.3.4 二冷区冷却强度对宏观偏析的影响
4.4 本章小结
第5章 基于三相模型的Al-4wt%Cu半连铸铸锭的宏观偏析数值模拟
5.1 引言
5.2 数学模型
5.2.1 模型描述
5.2.2 阻断机制
5.3 数值求解方法与边界条件
5.4 结果与讨论
5.5 本章小结
第6章 半连铸铸锭铸造过程的温度场和应力场数值模拟
6.1 引言
6.2 模拟软件与仿真计算过程
6.2.1 MAGMA Soft概述
6.2.2 数值模拟计算流程
6.3 三维有限差分数值模型
6.4 热物性计算参数
6.5 温度场控制方程与边界条件
6.6 本构方程
6.7 模拟结果与分析
6.7.1 工艺条件对铸锭液穴深度及形状的影响
6.7.2 工艺条件对铸锭温度梯度的影响
6.7.3 工艺条件对铸锭应力场的影响
6.8 本章小结
主要结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3761995
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文的主要创新和贡献
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 铝合金概述
1.3 铝合金铸锭的半连续铸造
1.3.1 半连续铸造原理
1.3.2 半连续铸造的工艺参数
1.4 半连续铸造的凝固过程
1.5 半连铸过程的宏观偏析
1.5.1 宏观偏析概述
1.5.2 半连续铸造过程宏观偏析的表达形式
1.5.3 宏观偏析的形成机制
1.6 宏观偏析的数值模拟
1.6.1 凝固过程数值模拟
1.6.2 微观偏析模型
1.6.3 宏观偏析模型
1.7 半连铸铸锭的应力场模拟
1.7.1 应力场数值模拟研究现状
1.7.2 热应力模拟中的数学模型
1.7.3 热裂形成机理
1.7.4 热裂判据研究进展
1.7.5 裂纹判据的选择
1.7.6 半连续铸造过程的多物理场数值模拟
1.8 本文研究思路及内容
第2章 宏观偏析数学模型的数值求解及验证
2.1 引言
2.2 连续介质模型的建立与求解
2.2.1 模型建立的基本假设
2.2.2 宏观偏析的数学模型
2.2.3 渗透率模型
2.3 宏观方程的离散与求解
2.3.1 宏观传输方程离散
2.3.2 交错网格下动量方程的离散
2.3.3 迭代求解的收敛判据
2.3.4 数值求解流程
2.4 连续介质模型的验证
2.4.1 H-H实验基准算例
2.4.2 Bellet数值基准算例
2.5 本章小结
第3章 2024铝合金半连铸铸锭宏观偏析的数值模拟
3.1 引言
3.2 2024铝合金的宏观偏析数值模拟
3.2.1 宏观偏析的数学模型
3.2.2 几何模型与网格
3.2.3 初始条件与边界条件
3.2.4 热物性计算参数
3.2.5 宏观偏析的数值模拟结果
3.3 本章小结
第4章 铸造工艺参数对铸锭宏观偏析的影响
4.1 引言
4.2 研究方案
4.3 铸造工艺参数对宏观偏析的影响
4.3.1 铸锭尺寸对宏观偏析的影响
4.3.2 铸造速度对宏观偏析的影响
4.3.3 浇注温度对宏观偏析的影响
4.3.4 二冷区冷却强度对宏观偏析的影响
4.4 本章小结
第5章 基于三相模型的Al-4wt%Cu半连铸铸锭的宏观偏析数值模拟
5.1 引言
5.2 数学模型
5.2.1 模型描述
5.2.2 阻断机制
5.3 数值求解方法与边界条件
5.4 结果与讨论
5.5 本章小结
第6章 半连铸铸锭铸造过程的温度场和应力场数值模拟
6.1 引言
6.2 模拟软件与仿真计算过程
6.2.1 MAGMA Soft概述
6.2.2 数值模拟计算流程
6.3 三维有限差分数值模型
6.4 热物性计算参数
6.5 温度场控制方程与边界条件
6.6 本构方程
6.7 模拟结果与分析
6.7.1 工艺条件对铸锭液穴深度及形状的影响
6.7.2 工艺条件对铸锭温度梯度的影响
6.7.3 工艺条件对铸锭应力场的影响
6.8 本章小结
主要结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3761995
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