鑄造模型溫度場(chǎng)有限元的分析

1、鑄造模型溫度場(chǎng)有限元的分析 論文: 鑄造模型的溫度場(chǎng)有限元分析 -論文網(wǎng) 論文 : 鑄造, 模型 ,溫度場(chǎng) , 有限元分析 鑄造過(guò)程是一個(gè)液態(tài)金屬充填鑄型型腔的過(guò)程 , 本次介紹的 是不包括液態(tài)金屬流過(guò)型腔并且冷卻的過(guò)程 , 不考慮液體流 動(dòng)過(guò)程 ,僅僅是模擬在金屬液體全部充滿(mǎn)后冷卻的過(guò)程, 這個(gè)過(guò)程是包含了許多對(duì)鑄件質(zhì)量有重要影響的物理過(guò)程和 現(xiàn)象。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中由于缺乏考察這一過(guò)程, 并且對(duì)整個(gè)冷卻凝固過(guò)程沒(méi)有確切的數(shù)據(jù)說(shuō)明 , 只能依靠設(shè)計(jì)者的 經(jīng)驗(yàn)積累和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) , 因此阻礙了鑄造行業(yè)的發(fā)展。如果能 對(duì)鑄造過(guò)程進(jìn)行模擬 , 對(duì)優(yōu)化鑄造工藝 , 預(yù)測(cè)和控制鑄件質(zhì) 量和各種逐漸缺陷以及

2、提高生產(chǎn)效率都非常重要。凝固過(guò)程 溫度場(chǎng)數(shù)值模擬可以實(shí)現(xiàn)以下目的 : 提供澆注沖型時(shí)序圖 , 凝固過(guò)程可視化 ,預(yù)測(cè)縮孔 , 縮松等宏觀缺陷 , 為預(yù)測(cè)鑄造應(yīng) 力 , 微觀組織等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù) , 分析評(píng)價(jià)并通過(guò)控制凝固條 件優(yōu)化鑄造工藝 ,減少工藝準(zhǔn)備失誤率 , 縮短試制周期 , 降低 試制成本。所以對(duì)鑄造模型的溫度場(chǎng)的模擬是十分有必要且 意義重大。鑄造過(guò)程的溫度場(chǎng)的模擬主要取決于熱傳導(dǎo)的問(wèn)題, 這個(gè)過(guò)程主要是液態(tài)鑄件的冷卻凝固過(guò)程與鑄型的溫度不斷上升 的過(guò)程 ,此過(guò)程為熱傳導(dǎo) , 所以對(duì)于溫度場(chǎng)的模擬主要抓住 熱傳導(dǎo)理論。對(duì)于具體問(wèn)題要具體對(duì)待 , 對(duì)于熱傳導(dǎo)問(wèn)題主要考慮對(duì)流散熱系數(shù)的選取

3、, 也就是邊界條件 , 其中邊界條 件分三類(lèi) : 第一類(lèi)邊界條件 溫度邊界條件 , 即物體與外界接觸周界的溫度已知。這類(lèi)邊界條件稱(chēng)為狄利克萊問(wèn)題。 第二類(lèi)邊界條件 導(dǎo)熱邊界條件 , 即物體邊界在法線(xiàn)方向 上的比熱流量已知。這類(lèi)邊界條件成為牛曼問(wèn)題。 第三類(lèi)邊界條件 熱交換邊界條件 , 即在邊界上已知物體 與外部介質(zhì)的熱交換情況。設(shè)邊界外周?chē)橘|(zhì)的溫度為 T 已 知,介質(zhì)與物體之間的熱交換系數(shù)為a ,物體的熱傳導(dǎo)系數(shù)為入,則在邊界上的熱交換條件為： 此類(lèi)邊界問(wèn)題又稱(chēng)為勞平問(wèn)題。高溫零件的受熱邊界大多屬 于第三類(lèi)邊界條件。所以本次鑄造過(guò)程的溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬 所施加的邊界條件為第三類(lèi)邊界條件。下面就

4、本次模擬的過(guò)程以及分析過(guò)程詳細(xì)說(shuō)明名如下 , 其中 主要是在 Ansys 中的分析。1. 使用 Glue 方法模擬溫度場(chǎng)一、建立模型如圖所示 , 此模型具有對(duì)稱(chēng)性 , 且考慮到計(jì)算的簡(jiǎn)化 , 故將此 模型取一半 , 圖中所示的面為對(duì)稱(chēng)面 , 在建立模型的時(shí)候主 要考慮到模型的具體形狀 , 在 ansys 中建模時(shí)候又諸多困難 , 其中主要原因?yàn)?ansys 所作的是有限元分析 , 是用數(shù)值模擬 實(shí)際問(wèn)題 , 本身帶有近似解的可能 , 所以對(duì)于模型的近似程度要求很高 , 在理論上應(yīng)該是完全按照實(shí)際的模型進(jìn)行 , 即 是實(shí)體模型和有限元模型之間的緊密聯(lián)系 , 所以在建模的時(shí) 候不允許有任何的不匹配 , 導(dǎo)致在 ansys 中建模有諸多的不 利因素 , 但是這也恰恰保證了在 ansys 中所建立的模型直接 應(yīng)用于計(jì)算的準(zhǔn)確性 , 得出正確的結(jié)果 , 所以在 ansys 中建模 時(shí)對(duì)于較為簡(jiǎn)單的模型應(yīng)該盡量在 ansys 中建模 , 這樣可以 保證在分析時(shí)導(dǎo)致太多的錯(cuò)誤 , 使結(jié)果趨于穩(wěn)定 , 然而在現(xiàn) 實(shí)中有很多的實(shí)際結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的 , 這樣必然導(dǎo)致了在 ansys 中建立模型的困難程度 , 但是這并不影響后面的分析 , 因?yàn)樵?ansys 中有很多的接口可以提供用戶(hù)使用。比如說(shuō)最 常用的格式有 iges,cat