豎井頂模鑄造純鋁凝固過程溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬

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1、第３８卷第２期昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）Ｖｏｌ．３８Ｎｏ２２０１３年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ａｐｒ．２０１３ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－８５５ｘ．２０１３．０２．００３豎井頂模鑄造純鋁凝固過程溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬１１，３，４２３４１２１賈瑞嬌，嚴(yán)繼康，邱哲生，楊鋼，施哲，甘國友，周永全，易健宏（１．昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明６５

2、００９３；２．云南鋁業(yè)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．昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院，云南昆明６５００９３）摘要：針對(duì)豎井頂模半連續(xù)鑄造純鋁在凝固過程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬．建立了純鋁半連續(xù)鑄造凝固過程中傳熱及熱應(yīng)力數(shù)學(xué)模型和有限元模型．充分考慮了材料及邊界條件的非線性特征，對(duì)邊界條件進(jìn)行了簡化和設(shè)置．利用Ｐｒｏｃａｓｔ軟件對(duì)純鋁半連續(xù)鑄造凝固過程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，并通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫試驗(yàn)，驗(yàn)證了溫度場(chǎng)的正確性和有效性．同時(shí)，應(yīng)用Ｐｒｏｃａｓｔ應(yīng)力分析模塊模擬和分析了凝固過程的應(yīng)力場(chǎng)和縮孔縮孔分析，并對(duì)裂紋進(jìn)行了預(yù)測(cè)，通過與現(xiàn)場(chǎng)

3、產(chǎn)品的裂紋對(duì)比，進(jìn)一步證明了應(yīng)力場(chǎng)和縮孔縮松的模擬和預(yù)測(cè)的有效性，從而能夠?yàn)闇p少缺陷提高質(zhì)量提供理論上的指導(dǎo)．關(guān)鍵詞：純鋁；半連續(xù)鑄造；有限元；溫度場(chǎng)；應(yīng)力場(chǎng)中圖分類號(hào)：ＴＧ１４６２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：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