挤压铸造凝固过程热力耦合模拟Ⅰ.数学模型及求解方法

《挤压铸造凝固过程热力耦合模拟Ⅰ.数学模型及求解方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第45卷第3期仓／南学玫Vl0l_45NO．32009年3月第356—362页ACTAMETALLURGICASINICAMar．2009PP．356—362挤压铸造凝固过程热一力耦合模拟I．数学模型及求解方法韩志强朱维柳百成(清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京100084)摘要开发了模拟挤压铸造凝固过程中铸件温度、应力及形状变化的有限元模型．该模型包括了凝固过程中潜热的释放和体积收缩效应、界面传热和变形的相互作用以及凝固壳在冲头压力下的变形等．应力场模拟中采用热弹粘塑性本构模型描述凝固壳的变形，并对液相和糊状区进行了特殊处理．利用接触算

2、法处理铸件与模具界面，并且采用一种特殊的迭代法来模拟冲头的运动．该模型可以用来研究模具设计和工艺参数(如模具温度及冲头压力等)对铸件质量的影响．关键词挤压铸造，热力耦合，有限元方法，本构模型中图法分类号TG244．3，O241．82文献标识码A文章编号0412—1961(2009)03—0356—07THERMoMECHANICALM0DELINGoFS0LIDIFICA—T10NPR0CESSoFSQUEEZECASTINGI．MathematicModelandSolutionMethodologyHANZhiqiang，ZHUWei，LIUBaich

3、engKeyLaboratoryforAdvancedMaterialsProcessingTechnology，MinistryofEducation，DepartmentofMechanicalEngineering，TsinghuaUniversity,Beijing100084Correspondent：HANZhiqiangassociateprofessor,Tel：(01o)62794616}E-maihzqhan@mail．tsinghua．edu．cnSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationo

4、lChinaNo．50675113)Manuscriptreceived2008—06—12，inrevisedform2008—10—06ABSTRACTAcoupledthermomechanicalfiniteelementmodelhasbeendevelopedtosimulatethetemperature，stressandshapedevelopmentsduringthesolidificationprocessofsqueezecasting．Themodelincludestheefectoflatentheatandvolumesh

5、rinkageduetosolidification，themutualdepen-denceofinterfacia1heattransferandcastingdeformation，andthemechanicalbehaviorofthesolidifiedshellunderthepunchpressure．Thestressmodelfeaturesathermo—elasto—viscoplasticconstitutiveequationthataccountsfortheresponseofthesolidifiedshellaswell

6、asaspecialtreatmentgiventotheliquidandmushyzones．AcontactalgorithmWaSemployedforthecasting／dieinterface，andaniterativealgorithmwasemployedtosimulatethemovementofthepunch．Themodelcanbeusedtoinvestigatetheefectsofdiedesignandprocessparameters(dietemperature，punchpressure，etc．)ontheq

7、ualityofcastings．KEYW0RDSsqueezecastingthermomechanicalcoupling，finiteelementmethod，constitutivemode】符号说明热容矩阵面积，m材料比热容，kJ／(kg．℃)[B]形函数微分矩阵单元刚度矩阵气隙的宽度，m弹性模量和剪切模量，MPa国家自然科学基金项目50675113和教育部留学回国人员科研启载荷向量动基金资助冲头作用力，N收到初稿日期：20080612，收到修改稿日期：20081006由热应变和非弹性应变引起的载荷作者简介：韩志强，男，1968年生，副教授，博

8、士增量向量第3期韩志强等：挤压铸造凝固过程热力耦合模拟I．数学模型