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有限元分析对铸坯凝固过程的仿真

发布于:2023-08-20 22:31
有限元分析

      张洪成等通过利用MSC.MARC有限元分析软件对熔池内铸坯凝固过程进行了仿真计算,研究了双辊复合钢板熔池凝固传热过程,确定了熔池内温度场仿真所需的传热学方程及边界条件,建立了熔池内铸坯凝固过程的有限元分析模型,分析了熔池内铸坯的凝固传热过程。沈启明根据双辊铸轧复合带材工艺的特点,建立了能够描述双辊铸轧复合带材过程中的湍流流动、传热和凝固过程的控制方程,对固相率、凝固潜热和湍流粘度等关键问题进行了处理,给出了描述湍流流动的统一方程,建立了考虑各种复杂因素在内的双辊铸轧复合带材过程流动和传热耦合的三维有限元分析理论。
      爆炸复合是通过爆炸手段使两种材料实现固态复合的一种技术,作为一种冷态焊接过程,能够抑制界面的元素扩散,从而能够很好地保持金属焊接前的性能。
      薛治国采用非线性动力有限元法建立了大面积钛/钢复合板爆炸复合的有限元模型,实现了对复板运动过程的三维有限元模拟。通过实验对比了不同间隙条件下复板运动过程的竖直方向位移,并优化了爆炸焊接工艺参数。研究者利用有限元法对爆炸载荷下金属板的瞬态回应进行分析,并在研究过程中考虑到了由金属塑性和应变速率效应导致的材料非线性问题。文献中还对爆炸复合板内的应变以及结合区的剪切应力进行分析从而对金属板的结合性能进行评价。崔立新等利用金属学理论和轧制理论,通过对爆炸复合不锈钢/碳钢进行热连轧过程的计算机模拟计算,对其在不同工艺参数下中间结合区的变形机理进行了研究。
      激光熔覆是指在被涂覆基体表面,以不同的添料方式放置选择的涂层材料,经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化,快速凝固后形成与基体材料成冶金结合的涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气化特性等的工艺方法。
      Zhang等利用有限元法研究了粉末激光涂覆(基材为1045钢,粉末为Ni60材料)的温度场和应力应变场。结果表明,在多道次涂覆中,横向裂纹是主要的裂纹形式,基层和复层的结合界面是最容易产生裂纹的部位。为了很好地研究热应力及裂纹形成的物理原因,F.Brückner等利用有限元计算了激光熔覆下的温度场、相变场和残余应力场,研究了非均匀热膨胀和相变约束的条件下应力的演变规律,对各种类型的裂纹产生倾向进行探讨。IradjSattari-Far利用有限元方法分析了不锈钢复合板的激光熔覆过程,并对不同工艺下的残余应力进行了计算。L.F.Guo等基于有限元研究了金属粉末激光熔覆焊接复层材料成型时的三维温度场,为界面结合参数最优化提供参考。
      一些研究者通过有限元方法对双金属挤压过程进行了研究。张朝晖等基于大变形弹塑性有限元理论,采用ANSYS有限元程序,通过建立合理的有限元分析模型,对Cu/Al双金属复合材料静液挤压固相结合的非稳态过程进行了数值模拟研究,得到了变形体在挤压过程中的等效应力、应变分布及相对滑动量随摩擦系数的变化情况,揭示了组元金属在静液挤压成形过程中的流动规律,指出在一定的变形量条件下,增大内外层金属之间的摩擦系数是较好实现内外层金属固相结合的主要方法。王立东等基于刚粘塑性有限元理论,在两组元金属相互接触的表面之间引入摩擦单元,对Cu/Al双金属挤压固相结合的非稳态过程进行了有限元分析,揭示了组元金属在成形过程中的流动规律。


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