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有限元分析對鑄坯凝固過程的仿真

發布于:2023-08-20 22:31
有限元分析

      張洪成等通過利用MSC.MARC有限元分析軟件對熔池內鑄坯凝固過程進行了仿真計算,研究了雙輥復合鋼板熔池凝固傳熱過程,確定了熔池內溫度場仿真所需的傳熱學方程及邊界條件,建立了熔池內鑄坯凝固過程的有限元分析模型,分析了熔池內鑄坯的凝固傳熱過程。沈啟明根據雙輥鑄軋復合帶材工藝的特點,建立了能夠描述雙輥鑄軋復合帶材過程中的湍流流動、傳熱和凝固過程的控制方程,對固相率、凝固潛熱和湍流粘度等關鍵問題進行了處理,給出了描述湍流流動的統一方程,建立了考慮各種復雜因素在內的雙輥鑄軋復合帶材過程流動和傳熱耦合的三維有限元分析理論。
      爆炸復合是通過爆炸手段使兩種材料實現固態復合的一種技術,作為一種冷態焊接過程,能夠抑制界面的元素擴散,從而能夠很好地保持金屬焊接前的性能。
      薛治國采用非線性動力有限元法建立了大面積鈦/鋼復合板爆炸復合的有限元模型,實現了對復板運動過程的三維有限元模擬。通過實驗對比了不同間隙條件下復板運動過程的豎直方向位移,并優化了爆炸焊接工藝參數。研究者利用有限元法對爆炸載荷下金屬板的瞬態回應進行分析,并在研究過程中考慮到了由金屬塑性和應變速率效應導致的材料非線性問題。文獻中還對爆炸復合板內的應變以及結合區的剪切應力進行分析從而對金屬板的結合性能進行評價。崔立新等利用金屬學理論和軋制理論,通過對爆炸復合不銹鋼/碳鋼進行熱連軋過程的計算機模擬計算,對其在不同工藝參數下中間結合區的變形機理進行了研究。
      激光熔覆是指在被涂覆基體表面,以不同的添料方式放置選擇的涂層材料,經激光輻照使之和基體表面薄層同時熔化,快速凝固后形成與基體材料成冶金結合的涂層,從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣化特性等的工藝方法。
      Zhang等利用有限元法研究了粉末激光涂覆(基材為1045鋼,粉末為Ni60材料)的溫度場和應力應變場。結果表明,在多道次涂覆中,橫向裂紋是主要的裂紋形式,基層和復層的結合界面是最容易產生裂紋的部位。為了很好地研究熱應力及裂紋形成的物理原因,F.Brückner等利用有限元計算了激光熔覆下的溫度場、相變場和殘余應力場,研究了非均勻熱膨脹和相變約束的條件下應力的演變規律,對各種類型的裂紋產生傾向進行探討。IradjSattari-Far利用有限元方法分析了不銹鋼復合板的激光熔覆過程,并對不同工藝下的殘余應力進行了計算。L.F.Guo等基于有限元研究了金屬粉末激光熔覆焊接復層材料成型時的三維溫度場,為界面結合參數最優化提供參考。
      一些研究者通過有限元方法對雙金屬擠壓過程進行了研究。張朝暉等基于大變形彈塑性有限元理論,采用ANSYS有限元程序,通過建立合理的有限元分析模型,對Cu/Al雙金屬復合材料靜液擠壓固相結合的非穩態過程進行了數值模擬研究,得到了變形體在擠壓過程中的等效應力、應變分布及相對滑動量隨摩擦系數的變化情況,揭示了組元金屬在靜液擠壓成形過程中的流動規律,指出在一定的變形量條件下,增大內外層金屬之間的摩擦系數是較好實現內外層金屬固相結合的主要方法。王立東等基于剛粘塑性有限元理論,在兩組元金屬相互接觸的表面之間引入摩擦單元,對Cu/Al雙金屬擠壓固相結合的非穩態過程進行了有限元分析,揭示了組元金屬在成形過程中的流動規律。


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