Mn合金成型粒化模具的热应力及组织性能分析

发布时间：2017-08-28 17:38

  本文关键词：Mn合金成型粒化模具的热应力及组织性能分析

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【摘要】：钢铁行业里,锰系合金占着特别重要的地位。为了满足钢铁工业对锰系合金的粒度要求,目前主要的方法是铸锭浇注。在浇注过程中,金属模受到外界急冷、急热的循环作用,模具不同部位之间温差比较大,使得金属模内部产生较大的应力,因此,金属模长期在此工况下工作会出现疲劳裂纹,甚至是断裂等失效形式。首先,本文对锰合金的粒化工艺进行了简单的介绍,所涉及模具的结构是一种新型结构。另外还总结了铸造过程数值模拟的发展状况。然后对模具的模型进行了简化和相应的假设,建立了有限元模型,确定了温度场的初始条件、边界条件。其次,运用大型有限元分析软件ANSYS,对本文所研究的锰合金成型粒化模具的温度场和应力场进行了模拟。由于模具为相同结构的组合,因此取其中一部分为分析模型,选用SOLID70单元进行网格的划分,通过有限元模拟分析得出温度场的结果。然后在此基础上,运用手工间接耦合方式,将温度场的结果作为应力场分析的载荷,施加到应力场的模型上,进行应力场的数值计算,最终得出应力场的结果。并在应力场的基础上,求得了铸模的变形量。最后,通过对模具的浇注试验,以及对模具上关键点的测温,验证了温度场有限元模拟的正确性。并利用光学显微镜及扫描电子显微镜对模具材料组织性能做了试验,分析了模具直接受热面与非直接受热面材料组织的变化,以及可能引起的失效和失效原因做了分析。
【关键词】：疲劳裂纹 数值模拟 ANSYS 温度场 应力场
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG241
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的来源10
• 1.2 本课题的研究意义10-11
• 1.3 铸锭模在我国的应用情况11-13
• 1.4 国内外研究现状、水平及发展趋势13-15
• 1.4.1 模具的材料13
• 1.4.2 模具的数值模拟13-15
• 1.5 研究内容及关键问题15-16
• 1.5.1 研究内容15-16
• 1.5.2 课题的研究目标及关键问题16
• 1.6 本章小结16-18
• 第二章连续浇注成型设备及成型工艺18-24
• 2.1 连续浇注成型设备的介绍18-21
• 2.2 锰合金粒化工艺简述21-22
• 2.3 本章小结22-24
• 第三章 铸造模具三维温度场、应力场数值计算方法24-40
• 3.1 影响铸模寿命的因素24-25
• 3.2 数值计算方法25-27
• 3.2.1 有限元法25
• 3.2.2 有限元方法分析的一般步骤25-27
• 3.3 热传导中的有限元求解27-33
• 3.3.1 传热学基本方程27-31
• 3.3.2 有限元求解31-33
• 3.4 热应力的有限元求解33-38
• 3.4.1 弹性力学基本方程33-35
• 3.4.2 有限元求解35-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 铸造模具温度场模拟40-58
• 4.1 ANSYS分析过程简介40-43
• 4.2 模型的简化43-45
• 4.2.1 模具结构的简化43
• 4.2.2 分析时间段的简化43-44
• 4.2.3 稳态温度场的形成44-45
• 4.3 建立数学模型45-48
• 4.3.1 微分方程的建立45-46
• 4.3.2 边界条件的确定46-47
• 4.3.3 温度场有限元模型的建立47-48
• 4.4 模具温度场的模拟流程48-53
• 4.4.1 模型的建立与网格划分48-51
• 4.4.2 材料属性的定义51-52
• 4.4.3 加载和求解52-53
• 4.5 分析结果53-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 铸造模具应力场模拟58-72
• 5.1 热力耦合的介绍58-61
• 5.1.1 耦合分析的定义58-59
• 5.1.2 间接手动耦合分析的流程59-61
• 5.2 模拟过程中的特殊处理61-63
• 5.2.1 铸件模型的处理61-62
• 5.2.2 模具的结构边界条件62-63
• 5.3 ANSYS分析结果63-70
• 5.3.1 模具的等效应力64-67
• 5.3.2 模具主应力的分析67-70
• 5.4 模具的变形70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 铸造模具的浇注与组织性能试验72-88
• 6.1 模具设备的工作原理72-73
• 6.2.试验 1—模具浇注的试验73-77
• 6.3 试验 2—模具的金相试验77-87
• 6.4 本章小结87-88
• 第七章 结论与展望88-90
• 7.1 结论88
• 7.2 展望88-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间发表学术论文95

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本文编号：748674