铸钢件三维热应力场数值模拟技术研究

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1、中北大学学位论文铸钢件三维热应力场数值模拟技术研究摘要对铸件凝固过程热应力场进行数值模拟，预测和分析了铸件裂纹、变形及残余应力，为优化铸造工艺、控制缺陷、保证铸件尺寸精度及稳定性、提高铸件质量提供了科学依据。本文总结了铸件凝固过程应力场数值模拟研究的发展状况，。以及数值计算方法与模拟软件的应用趋势。根据铸造过程热、应力场特性，建立了铸件凝固过程中凝固以后阶段热弹塑性模型本构方程，并对铸件／铸型边界条件、材料高温力学性能参数取值作了全面分析，确定采用间接法进行热应力计算。选取大型有限元分析软件ANSYS进行热应力

2、场数值模拟研究。考虑了材料性能随温度变化的特性，采用菲线性分析。基于温度场求解时对材料热物性参数取值、初始条件、边界条件、潜热等处理原则，对应力框、高脚杯形件和水轮机叶片铸件进行了应力计算分析。应力框的模拟结果和定性的理论分析相同：利用分块模型化的特点，选取高脚杯形件八分之一模型进行应力分析，结果显示出现应力集中部位与实际吻合；考虑到不同网格模型对模拟结果的影响，采用粗细两种网格对轴流式水轮机叶片进行残余应力计算分析，模拟结果中产生应力集中的部位和相关资料报道相同。对凝固过程应力场数值模拟研究是本文的研究重点。

3、本文运用数值模拟方法对铸件进行应力应变研究，为CASTSoft软件的应力场模拟提供了～种新方法。关键词：铸件凝固过程，热应力场，数值模拟，ANSYS，残余应力中北大学学位论文StudyonNumericalSimulationof3-DThermalStressFieldsofSteelCastingsduringSolidificationProcessAbstractThenumericalsimulationofthermalstressfieldsduringcastingprocessCall．hel

4、pfoundryengineerspredictandanalyzesuchdefectsascrack、deformationandresidualstress，andpresentscientificreferencetooptimizecastingprocess、controldefects、guaranteethedimensionalaccuracyofcastingsandstability、gethighqualityproduction．Inthisthesis，thedevelopmento

5、fnumericalsimulationofthermalstressfieldsduringcastingprocess、themethodofnumericalcalculationandtheapplicationtrendofsimulationsoftwarealesummarized．Accordingtothecharaclerofthermal、stressfieldsduringcastingprocess，builtthermalelastic-plasticmodelandequation

6、aftersolidificationofcastingprocess，analyzecasting／moldboundarycondition、themechanicsperformanceparameterofmaterialduringhightemperature，andadoptindirectmethodcalculatethermalstress．SelecttheFEMsoRware--ANSYS，cattyoutthestudyonnumericalsimulationofthermalstr

7、essfields．Consideringtothecharacterthatthematerialperformancechangesalongwithtemperature，nonlinearanalysisintheprocedureisadopted．Basedonthedisposalprincipleofthermalphysicsperformanceofmaterial、ihitiMcondition、boundarycondition、latentheatduringsolvingtemper

8、aturefields，analyzeandcalculatestressofstressframe、hydraulicturbineVaneS、goblctshell．Thesimulationresultsofstressfra,mearesamewithqualitativetheoreticalanalysis．Usingthecharacteristicofpartition