锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟

采用三维瞬态传热有限元方法,对13 t锻造钢锭和钢锭模在凝固过程中的温度场分布进行了数值计算及分析,探讨了钢锭内部凝固速度变化和钢锭模在凝固过程中的温度分布规律。分析结果表明,钢锭本体距离底部60%-70%的部位纵向凝固速度受横向凝固速度的影响而大大加速;凝固开始阶段,钢锭模内壁温升速度远大于模外壁,随后外壁温升速度迅速增大,随着钢锭凝固的进行,壁内外温差逐渐减小。本模拟可为优化钢锭模设计、提高钢锭质量提供依据。

Q235／304碳钢-不锈钢复合板界面结合的有限元模拟

应用MARC软件对304不锈钢(%:17～19Cr、8～11Ni)/Q235碳钢(%:0.14～0.22C)复合板前5道次往复热轧过程(变形率%:3.4、10.4、25.0、37.8、49.4)进行有限元模拟,得出Q235钢和304不锈钢在界面处的应力和应变分布。模拟结果表明,在两种材料都进入塑性变形状态时,界面处法向应力值达到或超过304不锈钢界面温度下的变形抗力,且两种材料应变平均值的差值≤0.01时即可复合,该模拟结果与生产试验结果一致;这说明使用小的单道次变形率,大的累积变形率可获得结合良好的碳钢/不锈钢复合板。

Si_3N_4陶瓷/45钢钎焊接头残余热应力数值模拟

采用热弹塑性有限元方法,考虑了温度变化对材料性能的影响,对Si3N4陶瓷/45钢钎焊接头的冷却过程进行数值模拟,得到了接头在冷却过程中界面、金属、陶瓷材料的降温曲线以及界面附近热应力大小和分布。模拟结果表明,接头界面降温速度介于金属和陶瓷外端面之间,陶瓷与金属温度差最大为89℃。在接头结合良好的条件下,冷却过程中陶瓷表面边棱距界面1.86mm处存在最大主应力,可根据残余主应力在陶瓷表面的分布预测裂纹最有可能开启的位置。

铝粉末模压成型的三维有限元数值模拟

基于金属粉末材料的塑性变形理论及Shima-Oyane屈服函数,采用体积可压缩有限元法和Marc有限元软件对纯铝粉末模压过程进行三维有限元模拟,探讨粉末材料在压制过程中的变形特征和流动规律。结果表明,压坯内部的相对密度分布呈层状平行于模冲的运动方向,相对密度的最大和最小值分别位于与模冲接触的顶面的端角处和与阴模接触的底面端角处。数值模拟结果与利用排水法获得的试样平均相对密度值相符。

铝粉末模压成型有限元模拟

基于金属粉末材料的塑性变形理论及Shima-Oyane屈服函数,采用体积可压缩有限元法和Marc有限元软件对纯铝粉末单向及双向模压过程进行了三维有限元模拟,探讨了粉末材料在两种模压过程中的变形特征和流动规律。模拟结果表明,同等载荷条件下,双向压制与单向压制相比,能够获得密度更高及更均匀的压坯,但两者都存在局部高密度区和低密度区;随着压力载荷的增加,平均相对密度快速增加,然后趋于饱和。模拟结果对压制工艺的制定有指导意义。

锻造用钢锭凝固过程热应力场数值模拟

采用三维瞬态传热有限元方法,对13t锻造钢锭在凝固过程中的温度场和热应力场分布进行了数值计算及分析,探讨了钢锭在凝固过程中的应力分布规律。分析结果表明,在钢锭凝固初期,钢锭模内部承受压应力,外部承受拉应力。由于凝固收缩,钢锭在凝固初期外表面受拉应力的作用。随着凝固的进行,锭模的热应力值不断下降。凝固结束时,钢锭呈表面受压心部受拉的应力分布状态。在凝固过程中,钢锭在反向圆弧处的收缩量最小,小倒角处的收缩量最大。本模拟可为优化钢锭模设计、提高钢锭质量提供依据。