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基于华铸CAE/ANSYS数值模拟集成系统的铸造热应力分析

作　者: 孙凌宇
导　师: 廖敦明
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 热应力 FDM/FEM 华铸CAE ANSYS 温度转换接触单元
分类号: TG213
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
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内容摘要

随着铸造过程温度场数值模拟技术的成熟，企业对应力场模拟分析的需求更加迫切。通过铸造过程热应力分析，不仅可以模拟液态金属的充型、凝固过程，同时可以模拟因温度分布不均匀、应力集中等引起的缩孔缩松、变形、裂纹等缺陷，为实际生产过程提供可靠的科学依据。目前，铸造过程应力场的模拟研究大多依赖国外的商用软件，如ANSYS、ABAQUS等。国内铸造过程热应力分析通常采用FDM/FEM方法，充分利用FDM方法进行温度场研究的已有成果，同时发挥FEM方法在应力场研究方面的优势。但在其研究过程中，因铸件和铸型的复杂性，忽略了铸型对铸件的阻碍作用，导致铸件/铸型间的相互作用并没有得到很好地处理。本文提出在使用FDM/FEM方法研究铸造过程热应力的同时，用接触单元模型处理铸件/铸型间相互作用。选取典型应力框试件作为研究对象，使用华铸CAE铸造模拟软件计算铸造过程的温度场，自主开发FDM/FEM温度转换模块，将华铸CAE计算的温度场结果转换为有限元温度载荷文件，加载到ANSYS的有限元模型中，进行铸造凝固过程铸件的应力分析。在FDM/FEM温度转换模块中，很好地处理了模型定位、温度传递、文件输出等关键技术问题，通过简单铸件对温度转换模块进行校核，获得了较为准确的结果，表明自主开发的温度转换模块可以适用于华铸CAE软件与ANSYS软件之间的温度文件转换，并应用于应力分析中。在ANSYS中，使用接触单元处理铸件/铸型之间力的相互作用，采用生死单元模拟铸件冷却后的落砂过程，对典型应力框试件进行了热应力分析，通过后处理模块，将接触单元模型的计算结果与自由收缩模型的计算结果进行了详细的对比。通过与应力框试件浇注实验结果对比，验证了采用接触单元模型计算的应力框热应力结果更接近实际浇注情况，模拟结果更加准确。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 选题的背景和意义  9-10
  1.2 铸造过程热应力场数值模拟的发展概况  10-12
  1.3 ANSYS 软件简介  12-13
  1.4 本文的主要研究内容和技术路线  13-15
2 铸造过程热-力分析理论  15-25
  2.1 铸造过程热分析理论  15-18
  2.2 铸造过程应力分析理论  18-21
  2.3 铸件/铸型（芯）相互作用力学模型  21-24
  2.4 小结  24-25
3 华铸 CAE/ANSYS 温度转换接口的开发  25-37
  3.1 FDM/FEM 温度转换接口开发的关键技术  25-30
  3.2 华铸 CAE/ANSYS 温度转换接口的实现  30-32
  3.3 集成数值模拟系统在试件上的校核  32-36
  3.4 小结  36-37
4 基于华铸 CAE 和 ANSYS 耦合的铸造热应力分析  37-60
  4.1 基于 FDM/FEM 耦合的铸造热应力分析方法  37-39
  4.2 研究对象  39-40
  4.3 接触单元法-应力框试件热应力计算  40-50
  4.4 自由收缩模型-应力框试件热应力计算  50-51
  4.5 后处理对比分析  51-58
  4.6 应力框浇注实验验证  58-59
  4.7 小结  59-60
5 全文总结和展望  60-62
  5.1 总结  60-61
  5.2 展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-67
附录 1 攻读硕士学位期间发表的文章  67

基于华铸CAE/ANSYS数值模拟集成系统的铸造热应力分析

内容摘要

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