铝合金扁锭半连续铸造过程温度场的数值模型

基于有限单元法,运用ANSYS商业软件包建立了7850铝合金直接水冷法半连续铸造过程的数值模型.根据现场铸造试验采集的温度数据,利用反算法确定了铸造过程的边界冷却条件.比较了数值模拟与试验结果的铸造温度场演化过程,以及稳定铸造阶段液穴深度的结果,证实数学模型与实验结果吻合较好.基于已证实合理的数值模型,研究了铸造过程刮水板的位置对铸锭温度场的影响.研究表明,该数值模型可以较好地模拟铝合金半连续铸造过程;刮水板会降低铸锭的冷却速度,导致铸锭表面温度出现回升的现象;刮水板的位置对铸锭冷却过程的温度场有显著影响.     

薄壁铸件及其反重力成形技术

介绍了薄壁铸件的概念和基本特征．根据传热学和流体力学原理,用集总参数法导出了考虑到耦合传输条件下反重力充型工艺参数的计算公式．研究表明,反重力充型参数与合金性质,铸件几何形状及铸件与铸型之间的热交换有关．给定浇注温度和铸型温度,可按所导出的公式计算出充型速度．     

铝合金热冲压过程数值模拟分析

铝合金热冲压工艺可用于一次性成形形状复杂的零件.本文以热冲压某铝合金大尺寸板件为例,利用数值模拟软件研究了热冲压过程中的应力、应变和厚度分布变化情况.冲压过程中,极限应力应变值由凸模圆角处转移到零件侧壁区.冲压成形后,厚度最小值也在侧壁区附件,与应力应变分布具有较高的一致性.从而对铝合金热冲压工艺有更深入的了解,为该工艺的研究和应用提供一定的理论参考.     

超重力下相变材料熔化过程的数值模拟

通过数值模拟的方法,研究了地球重力和超重力条件下相变材料(PCM)的熔化过程,分析了超重力对PCM熔化过程的影响。采用的超重力大小为5倍和10倍地球重力,方向与热流进入方向相反。模拟结果表明,由于PCM导热系数偏小,熔化初期加热面发生过热,须通过耦合其他强化换热措施予以减弱甚至消除。超重力对于PCM熔化过程的影响十分显著。随着超重力的增加,熔化界面的波动幅度增大,熔化速度加快,加热面温度下降,这是因为熔化过程中液相的自然对流作用显著增强。此外,超重力对PCM熔化过程的增强幅度会随超重力的增加而减小,表明超重力的强化换热作用有一定限度,当超过一定值时,该强化作用的效果相对减弱。     

喷射铸造复合轧辊温度场的数值模拟

喷射铸造是一种先进的可用于制造高性能复合轧辊的技术,但复合轧辊界面冶金结合困难是这种新型工艺所面临的关键问题.通过计算机数值模拟研究喷射铸造过程中复合轧辊内部温度场及各种喷射工艺参数对温度场的影响.结果表明,辊芯预热温度、辊芯平移速度和喷射速率对温度场的影响较大.     

铝合金精密机箱整体铸造计算机模拟

介绍利用计算机模拟方法进行精密铸造整体机箱工艺设计的结果。     

预拉伸条件下铝合金焊接残余应力的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,通过APDL语言编程,实现了不同预拉伸应力条件下铝合金平板对接焊过程中,温度场及应力场的模拟分析.计算结果表明,预拉伸焊接法可以有效地控制焊接残余应力,随着预拉伸应力的增大,其焊后残余应力值逐渐减小.当预拉伸应力σP从0增加到90%σ0.2时,纵向残余应力降低了85.6%.模拟分析结果与实验测试结果基本吻合.     

ZL114A铝合金铸件显微孔隙的数值模拟

本文对ZL114A铝合金中显微孔隙的形成机理进行研究，介绍了孔隙率与二次枝晶的测量方法，考察了冷却速度对显微孔隙形成的影响，并提出了用冷却速度作为预测力学性能的判据。     

快速凝固/粉末冶金高阻尼铝合金挤压成形过程的数值模拟

 采用有限元分析软件ANSYS,分析了快速凝固/粉末冶金 (Rapidly Solidified/Powder Metallurgy,RS/PM)高阻尼铝合金FMS0714/10(Zn-30Al)的挤压成形过程,研究了模具与坯料间的摩擦条件和挤压比对阻尼铝合金成形过程的影响,探讨了挤压过程材料表面产生裂纹的机理,进行了成形工艺优化。研究结果表明：挤压过程中FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料的流动与变形不均匀,导致了应力应变分布的不均匀：材料表面应力应变较大,芯部应力应变较小;表面过大的应变和轴向拉应力是表面裂纹的诱因;减小模具和坯料间的摩擦,增大挤压比,可以减小材料表面应力,使应变分布趋于均匀,从而减少材料表面损伤,优化材料表面质量,提高成品合格率。数值模拟的研究结果将为FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料挤压工艺的制订以及新材料的设计和研制提供有益的参考。     

铸造钛铝合金组织与力学性能

根据对钛铝合金铸态组织的金相观察,分析了合金元素Ｃｒ,Ｖ,Ｎｂ对铸锭组织的影响。研究发现,合金元素Ｃｒ,Ｖ有利于柱状晶生长,在这种柱状晶组织中γ／α２层片排列具有较强的择优取向,即层片界面垂直于柱状晶生长方向;而Ｎｂ抑制柱状晶生长,且含Ｎｂ的ＴｉＡｌ合金宏观等轴晶区和柱状晶区内层片组织均由等轴状的层片团构成,并以四点弯曲试验结果对不同合金化条件的钛铝合金的力学性能的方向性做了评价。     

基于ProCAST的高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造

通过铸造模拟软件ProCAST实现高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造充型凝固过程的模拟仿真,研究浇注充型工艺对合金熔体充型、缩孔缩松等充型凝固特性的影响,优化相应工艺;进行浇注实验与铸件的无损检测分析,并进行铸件的解剖分析验证缩孔缩松分布;使用附注试棒研究叶轮在室温和高温下的力学性能。结果表明:ProCAST软件对高Nb-TiAl铸件缩孔缩松预测较为准确,通过模拟仿真预测结果优化了工艺方案从而避免了铸件中大尺寸缩孔缩松的形成,在最终的铸件中只存在尺寸小于22μm的显微缩孔;所有铸件均实现完整充型,铸件室温抗拉强度约580 MPa,850℃高温抗拉强度约450 MPa。     

4032铝合金圆锭DC半连铸过程中冷却速率对共晶硅变质的影响

采用数值模拟的方法,研究DC(direct chill,DC)半连铸?120 mm、?300 mm、?500 mm的4032铝合金圆锭在横截面上的冷却速率分布,并进一步研究冷却速率对共晶硅Sr变质效果的影响。研究表明,从铸锭表面至中心冷却速率整体呈下降趋势。随着铸锭尺寸的增大,铸锭的液穴变深,液相线温度与固相线温度的等温线之间的距离变大,铸锭内部的冷却速率显著降低。Sr对共晶硅的变质效果受到冷却速率的影响,冷却速率高于1.8 K/s时,Sr变质可以获得较好的变质效果。随着冷却速率的降低,在Sr含量相同的条件下,变质效果变差。工业生产条件下,?500 mm圆锭内部的冷却速率降低至1 K/s以下,此时含量为0.033%~0.036%的Sr已不能使共晶硅有效变质。DC半连铸工艺参数中,铸造速度对?500 mm铸锭的冷却速率分布的影响程度较大,但也仅影响距离铸锭表面小于R/2以内的冷却速率分布,无法提高铸锭内部的冷却速率。     

铝锂合金喷丸强化数值模拟及试验

根据喷丸强化工艺过程的特点,利用ABAQUS有限元计算软件建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型.在此模型基础上研究了喷丸速度、弹丸直径及弹丸数量等因素对铝锂合金喷丸残余应力场的影响规律,进而对比了单弹丸模型、均布式阵列弹丸模型和随机弹丸模型下残余应力场的分布规律.采用X射线残余应力仪和电解抛光法得到喷丸强化后沿铝锂合金试件厚度方向的残余应力分布规律.残余应力层深度约为0.24mm,最大残余应力出现在距表面深度为0.08mm处,验证了有限元模型的有效性.      

A357铸造铝合金拉伸性能研究

研究了A357铸造铝合金经T5／T6热处理后在室温条件下的拉伸性能。实验结果表明：在室温条件下,A357-T5铸造铝合金的力学性能略好于A357-T6铸造铝合金。A357铸造铝合金的力学性能明显优于A356铸造铝合金。拉伸断口分布铸造缺陷、韧窝及二次裂纹。     

A357-T6铸造铝合金疲劳特性研究

研究了A357-T6铸造铝合金在室温大气中正弦交变载荷下,应力比分别为r=-1,0.05和0.4时的疲劳特性.试验结果表明,A357-T6铸造铝合金的疲劳强度随应力比的增加而显著增加,疲劳极限分别是,应力比r=0.4时约为135MPa;应力比r=0.05时95MPa;而应力比为r=-1时70MPa.疲劳裂纹发生于试件表面或次表面铸造缺陷.裂纹沿着树状晶边界扩展.     

带有横喷控制的导弹流场数值模拟

从包含多种组分的N-S方程出发，考虑两方程湍流模型，采用NND2M差分格式，对带有横向喷流的双锥旋称体高超声速绕流场进行数值模拟，计算结果与已有的试验数据进行对比，符合较好。在此基础上对带有横向喷流控制系统、型尾翼布局、高超声速飞行的导弹外流场进行数值模拟，研究了迎角、多个喷口、热喷流效应和湍流模型对气动力特性的影响；计算表明在无尾翼情况下有／喷流的气动力差别较小，喷流影响随迎角变化不敏感；对带有尾翼的气动布局，喷口位于背风区时喷流影响较小，喷口位于迎风面时气动力变化较大，压心明显前移；多喷口产生的附加推力和力矩不等于每个单喷口线性相加；湍流模型和热喷流效应引起流场结构改变，但是对总的气动力影响不大。     

锥形降落伞开伞过程流动结构相互作用的数值模拟

根据多结点开伞模型建立了锥形降落伞系统的变形动力学方程组来对充气过程中的伞衣柔性体变形过程进行模拟.结合多结点模型动力学方程结算代码和计算流体力学软件,对降落伞的充气过程进行流固耦合动态仿真,从而得到充气过程中伞衣外形和流场的变化,以及充气时间、下降速度变化和下降距离等相关数据,与国外研究成果相吻合.      

TiAl基合金离心铸造过程中的层流临界值分析

分析了金属型离心铸造ＴｉＡｌ基合金排气阀的充型过程,得出了离心铸造过程中充型速度Ｖ与充型长度之间的关系,以及转台的最大转动角速度ω０ ｍ ａｘ（ｒ／ｍ ｉｎ）的选择依据。结果表明,离心铸造过程中,合金液的充型速度是充型长度的函数,随充型长度的增长而增大;熔体的层流长度随转台最大允许旋转角速度的增大而减小。     

导弹投放分离的数值模拟

采用非结构网格、有限体积方法,利用准定常假设,对两种飞机在不同状态下与导弹的分离进行了数值模拟,并将计算结果和试验进行了比较。数值模拟的结果和试验结果表明,对于升力系数和俯仰力矩系数随攻角的变化、导弹轨迹随时间的变化两者吻合较好。