基于MATLAB平臺有限單元法的鑄造熱應力場數(shù)值模擬.pdf

1、自20世紀70年代開始,以信息技術(shù)為先導推動傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的發(fā)展,已成為現(xiàn)代鑄造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。而計算機模擬仿真技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的廣泛應用,不僅已成為高質(zhì)量生產(chǎn)的必備條件,同時也是鑄造生產(chǎn)現(xiàn)代化的主要發(fā)展方向。
　　通過鑄件凝固過程熱應力場的數(shù)值模擬,工程師能夠在實際澆鑄前預測和分析鑄件變形、裂紋及殘余應力,為防止因應力集中所造成的缺陷、優(yōu)化鑄造工藝、確保鑄件成品尺寸精度要求、提高鑄件力學強度和質(zhì)量提供了科學的依據(jù)。目前鑄件熱應

2、力場數(shù)值模擬依然是鑄造過程宏觀模擬的研究熱點及研究難點。
　　當前,國內(nèi)鑄造過程熱應力場模擬研究大部分借用國外通用有限元商品化分析軟件,如ANSYS、MARC、ADINA、ABUQUS等作為應力場分析工具,進行FDM/FEM集成化研究。誠然,這能幫助我們模仿乃至探究鑄造熱應力場數(shù)值模擬仿真的基本思路和辦法,但是,國外關(guān)鍵技術(shù)的封鎖及國內(nèi)企業(yè)的需求,決定了鑄造凝固過程熱應力場數(shù)值模擬必然要走自主創(chuàng)新、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化軟件

3、道路,因此,開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化鑄造熱應力場模擬仿真軟件顯得十分必要。
　　本研究緊密結(jié)合學科研究前沿熱點和鑄造生產(chǎn)實際過程,充分利用華鑄課題組成熟的數(shù)值模擬技術(shù)和華鑄課題組商品化軟件成果-華鑄CAE,依靠MATLAB平臺強大的數(shù)學數(shù)值計算能力,走借鑒對比國外成熟商品化軟件、完全自主編程開發(fā)鑄造熱應力場模擬程序的道路?；贛ATLAB平臺開發(fā)程序,避免了復雜的矩陣計算所造成的編程瓶頸,提高了開發(fā)效率,增加了計算精度。依托華

4、鑄CAE模擬鑄件凝固過程中的流動場和溫度場結(jié)果,再將溫度場作為熱載荷傳入使用有限單元法編寫的熱應力場模擬分析程序,將有限差分法(FDM)模擬流動傳熱及有限單元法(FEM)模擬變形應力的優(yōu)勢結(jié)合在一起,進一步提高了程序模擬計算的效率和精度。本研究基于MATLAB平臺采用FEM方法對鑄造過程熱應力場進行了三維數(shù)值模擬研究,成功開發(fā)了MATLAB平臺的鑄造熱應力場模擬程序,可以用來計算鑄件的殘余應力、模擬鑄件的熱變形以及預測鑄件熱裂產(chǎn)生的傾向

5、。
　　最后,本研究采用典型試件柵形應力框?qū)λ_發(fā)的算法和程序進行了算例驗證,并與商品化軟件ANSYS的模擬結(jié)果進行了對比,二者吻合良好。同時通過實驗對比了實際鑄件的澆鑄結(jié)果,發(fā)現(xiàn)本研究模擬計算得出的鑄件應力集中區(qū)域正是真實鑄件的脆弱斷裂區(qū)域。對比試驗表明,本研究所采用的算法及開發(fā)的程序能較好地預測鑄件變形及熱應力的集中位置。本研究自主開發(fā)的可較準確計算鑄件熱應力及熱變形的FEM模擬程序,為進一步開發(fā)商品化FEM鑄造熱應力場模擬軟