竖井顶模铸造纯铝凝固过程温度场和应力场的数值模拟

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1、第３８卷第２期昆明理工大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３８Ｎｏ２２０１３年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ａｐｒ．２０１３ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－８５５ｘ．２０１３．０２．００３竖井顶模铸造纯铝凝固过程温度场和应力场的数值模拟１１，３，４２３４１２１贾瑞娇，严继康，邱哲生，杨钢，施哲，甘国友，周永全，易健宏（１．昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明６５

2、００９３；２．云南铝业股份有限公司，云南昆明６５０５０２；３．昆明冶金研究院，云南昆明６５００３１；４．昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明６５００９３）摘要：针对竖井顶模半连续铸造纯铝在凝固过程中的温度场和应力场进行数值模拟．建立了纯铝半连续铸造凝固过程中传热及热应力数学模型和有限元模型．充分考虑了材料及边界条件的非线性特征，对边界条件进行了简化和设置．利用Ｐｒｏｃａｓｔ软件对纯铝半连续铸造凝固过程的温度场进行了模拟，并通过现场测温试验，验证了温度场的正确性和有效性．同时，应用Ｐｒｏｃａｓｔ应力分析模块模拟和分析了凝固过程的应力场和缩孔缩孔分析，并对裂纹进行了预测，通过与现场

3、产品的裂纹对比，进一步证明了应力场和缩孔缩松的模拟和预测的有效性，从而能够为减少缺陷提高质量提供理论上的指导．关键词：纯铝；半连续铸造；有限元；温度场；应力场中图分类号：ＴＧ１４６２文献标识码：Ａ文章编号：１００７－８５５Ｘ（２０１３）０２－００１２－０８ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＳｔｒｅｓｓＦｉｅｌｄｓｉｎＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｂｙＣａｓｔｉｎｇＰｕｒｅＡｌｕｍｉｎｕｍＢａｓｅｄｏｎＳｈａｆｔＴｏｐＭｏｄｅｌ１１，３，４２３ＪＩＡＲｕｉｊｉａｏ，ＹＡＮＪｉｋａｎｇ，ＱＩＵＺｈｅｓｈｅｎｇ，ＹＡＮＧＧａｎ

4、ｇ，４１２１ＳＨＩＺｈｅ，ＧＡＮＧｕｏｙｏｕ，ＺＨＯＵＹｏｎｇｑｕａｎ，ＹＩＪｉａｎｈｏｎｇ（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９３，Ｃｈｉｎａ；２．ＹｕｎｎａｎＡｌｕｍｉｎｕｍＣｏ．，ＬｔｄＫｕｎｍｉｎｇ６５０５０２，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｕｎｍｉｎｇＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００３１，Ｃｈｉｎａ；４．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅ

5、ｅｒｉｎｇ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｓｉｎｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｂｙｓｅｍｉ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｐｕｒｅａｌｕｍｉｎｕｍａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌａｎｄＦＥＭｍｏｄｅｌｓｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｂｕｉｌｔｉｎｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎ

6、ｇｂｙｓｅｍｉ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｐｕｒｅａｌｕｍｉｎｕｍｂａｓｅｄｏｎｓｈａｆｔｔｏｐｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｅａｔｕｒｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｒｅｓｅｔ．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｓｉｎｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｓｅｍｉ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｐｕｒｅａｌｕｍｉｎｕｍａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇＰｒｏｃａｓｔｓｏｆｔｗａｒｅ．ＴｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｖａｌｉｄｉｔｙｏｆＦＥＭｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂ

7、ｙｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄａｔａ．Ｉｎｔｈｅｍｅａｎｔｉｍｅ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｓｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇＰｒｏｃａｓｔｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｓａｎｄｓｈｒｉｎｋａｇｅｐｏｒｅｓｒｅｓｕｌｔｓｆｕｒｔｈｅｒｖｅｒｉｆｙｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏ