砂型铸造过程应力场数值模拟技术研究

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1、中北大学硕士学位论文砂型铸造过程应力场数值模拟技术研究摘要铸造凝固过程的计算机模拟仿真是学科发展的前沿领域，是改造传统铸造产业的必由之路。同温度场、流动场的计算分析相比，应力场模拟起步较晚，目前发展还不成熟，因此成为铸造过程宏观模拟的研究热点。铸造凝固过程应力场的数值模拟能够帮助铸造工程师预测和分析铸件裂纹、变形及残余应力，为控制应力应变造成的缺陷、优化铸造工艺、提高铸件尺寸精度及稳定性提供科学的依据。本文总结了铸件凝固过程应力场数值模拟研究的进展，以及数值模拟方法、数值模拟软件的发展状况。简要介绍了铸造过程热应力场的特性，建立了瞬

2、态温度场、热应力场弹塑性三维有限元模型，以及温度场中初始条件、边界条件、潜热处理的数学模型。选取有限元分析软件ANSYS进行热应力场数值模拟研究，考虑了材料性能随温度变化的特性，采用非线性分析，对典型铸件——应力框三维温度场、热应力场进行有限元分析。计算结果表明三维温度场的数值模拟能反映铸件冷却过程温度场的动态变化，同时把相变应力加入到应力计算过程中，得到了同理论分析和参考文献一致的应力场模拟结果，验证了处理方法的可靠性。最后，本文运用该模拟方法对实际生产中的座体铸件进行了应力场模拟分析，模拟结果与实际生产情况相吻合，表明所建立的应

3、力场模拟方法能够胜任实际工程应用。关键词：砂型铸造，热应力场，数值模拟，ANSYS中北大学硕士学位论文STUDYONNUMERICALSIMULATIONTECHNOLOGYOFTHERMALSTRESSFIELDINSm巾一CASTINGPROCESSABSTRACTNumericalsimulationofcasting’Ssolidificationprocessesistheadvancedregioninfoundrydevelop，itisalsotheonlywayviawhichtomodernizethetradi

4、tionalfoundryindustry．Comparedwithtemperaturefieldsimulationandfluidfieldcomputation，thestress／strainfieldanalysisstartsuplaterandpresentlyisyetimmature，SObecomesthehotspotofmacrosimulation．Stressfieldcalculationcanhelpfoundryengineerspredictandanalyzeflawssuchascrack，

5、deformationandresidualstressesSOastopresentscientificreferencetoeliminatedefectscausedbystressandstrain，optimizefoundrytechnologyandincreasedimensionalprecisionandstabilityofcastings．InthiSthesis，thedevelopmentofnumericalsimulationofthermalstressfieldduringcastingproce

6、ss，themethodofnumericalcalculationandtheapplicationtrendofsimulationsoftwarearesummarized．Thecharacterofthermal—stressfieldduringcastingprocesshasbeenintroducedinbrief．Anelastic——plastic3DFEAmodelofthetransienttemperaturefieldandthermal—stressfieldistheoreticallybuiIt．

7、Andamathematicalmodeloftheinitialcondition，boundarycondition，andlatentheatdisposalisbuiltaswell．SelecttheFEMsoftware--ANSYS，carryoutthestudyonnumericalsimulationofthermal—stressfield．Consideringtothecharacterthatthematerial’Sperformancechangesalongwithtemperature，nonli

8、nearanalysisintheprocedureisadopted．AnFEAanalysisisfinishedforthestressframe3Dtemperaturefieldandthermal—stressfieldo