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铸件凝固过程仿真研究——高锰钢铸件不同铸造工艺条件下温度场的数值模拟

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1绪论

1.1铸造数值仿真技术研究的主要内容

1.2国内外铸造数值仿真技术的发展现状及发展趋势

1.2.1国内外铸造数值仿真技术的发展现状

1.2.2铸造数值仿真技术发展的趋势

1.3与铸造仿真相关的材料物性参数研究现状

1.3.1铸造数值仿真所涉及的材料的物性参数

1.3.2材料热物性参数的测定方法

1.3.3材料热物性参数测量面临的问题

1.4本课题研究的主要内容

2软件开发

2.1前处理

2.1.1三维模型的建立与绘制

2.1.2三维模型的显示

2.1.3网格剖分

2.1.4前处理软件界面的设计

2.2中间计算

2.2.1传热方程及其离散

2.2.2稳定性条件

2.2.3求解条件

2.2.4潜热处理

2.2.5中间计算软件界面的设计

2.3后处理

2.3.1网格剖分结果的显示

2.3.2温度场的显示

2.3.3后处理软件界面的设计

3本课题所用型砂热物性参数的测定

3.1实验原理

3.2型砂比热容计算

3.3型砂热导率计算

3.4误差分析

4高锰钢铸件不同铸造工艺条件下温度场的数值模拟分析

4.1轧臼壁铸件消失模铸造凝固温度场的模拟

4.1.1原消失模铸造工艺铸件凝固温度场的模拟

4.1.2铸造工艺的改进方案

4.2轧臼壁消失模铸造与砂型铸造凝固过程的比较分析

5结论

致谢

参考文献

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摘要

本文以Microsoft Visual C++6.0作为开发平台,在Windows环境下采用面向对象的编程方法编写了铸件凝固过程温度场模拟软件.软件包括前处理、中间计算、后处理三个部分,具有对铸件进行三维模型显示、网格剖分、温度场计算、网格剖分结果显示以及温度场显示等功能.软件的应用情况表明该软件基本反映了铸件凝固过程中的传热规律,能有效预测缩孔、缩松缺陷的位置,为铸造工艺的改进提供了一定的依据,具有一定的实用性. 通过浇注法,对消失模铸造工艺所采用的石英砂和普通砂型铸造工艺所采用的水玻璃砂两种型砂的热物性参数进行了测定.通过建立一维非稳态传热模型,比较各参考点数值计算温度与实测温度的差值,建立n元非线性方程,将求解热物性参数的问题转化成求函数的极值问题,得到了两种型砂比热、热导率随温度的变化规律.将求得的热物性参数输入软件后模拟结果与实际情况的对比说明通过浇注法测量型砂实际的热物性参数是一种比较实用的方法,为难以直接获得热物性参数的材料的热物性参数的获得提供了一种可行的方法. 对轧臼壁消失模铸造和普通砂型铸造两种铸造工艺下铸件凝固不同时刻的温度场分别进行了模拟,并进行了比较.通过比较证明由型砂本身的热物性参数的差别引起的铸件凝固温度场的差别并不大,两种铸造工艺下铸件凝固温度场的差别主要是由铸造工艺的不同引起的.消失模铸造工艺下冒口的补缩作用较差,铸件容易产生缩孔、缩松缺陷,而加了冷铁后的砂型工艺冒口的补缩作用比较明显,缩孔、缩松缺陷产生的几率大大减小.

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