板坯連鑄凝固過(guò)程中溫度與應(yīng)力的有限元分析.pdf

1、連鑄過(guò)程中，鑄坯的傳熱及受力狀況與鑄坯的最終質(zhì)量密切相關(guān)。因此，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法分析鑄坯的溫度及應(yīng)力場(chǎng)對(duì)連鑄生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。論文針對(duì)某鋼廠直弧型板坯連鑄機(jī)部分鋼種生產(chǎn)過(guò)程中鑄坯角部和內(nèi)部裂紋缺陷問題，以該鑄機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)該廠直弧型板坯連鑄機(jī)的鑄坯具體的凝固傳熱和受力的邊界條件，構(gòu)建二維溫度與應(yīng)力的有限元模型。
　　 論文中分別分析板坯連鑄過(guò)程中二維橫向和縱向的凝固傳熱，并應(yīng)用非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程對(duì)鑄坯的傳熱

2、進(jìn)行分析。在MSC.Marc 中有限元傳熱分析求解采用加權(quán)殘差的Galerkin 方法。凝固傳熱模型中考慮了熱物性參數(shù)的非線性變化，以及由于鋼液引起的強(qiáng)制對(duì)流邊界條件。
　　 在二維溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上，考慮了高溫下的鑄坯材料非線性力學(xué)行為、鑄坯與夾輥的接觸狀態(tài)、鋼水靜壓力的影響，運(yùn)用由屈服應(yīng)力和硬化模量決定的馮米塞斯屈服準(zhǔn)則，分別建立了板坯的二維橫向和縱向的熱彈塑性應(yīng)力模型。
　　 有限元模型采用單元邊長(zhǎng)比接近于1的高精度四

3、邊形單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格?；贛SC.Marc?有限元商業(yè)軟件的溫度和彈塑性分析相結(jié)合的方式對(duì)模型求解，其中的非線性分析采用具有很好收斂性的牛頓瑞佛森法求解。
　　 凝固傳熱計(jì)算得到了二維橫向特定夾輥位置下鑄坯斷面溫度場(chǎng)，以及鑄機(jī)整個(gè)縱斷面的鑄坯溫度場(chǎng)。選取結(jié)晶器出口斷面，凝固前期彎曲過(guò)渡段和中后期的矯直段在三個(gè)拉速下的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。結(jié)果表0 明凝固前期結(jié)晶器和足輥段冷卻水量不合理是造成連鑄坯角部縱裂紋的主要原因。彎曲矯直段鑄坯的溫度

4、場(chǎng)應(yīng)結(jié)合鑄坯的高溫力學(xué)性能制定適宜的目標(biāo)溫度，避免鑄坯微裂紋的生成或加劇擴(kuò)展。
　　 在溫度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果上，計(jì)算分析了連鑄過(guò)程中鑄坯坯殼內(nèi)的等效應(yīng)力伴隨凝固過(guò)程的變化情況，內(nèi)外弧等效應(yīng)力變化規(guī)律，以及夾輥與坯殼間接觸受力情況。結(jié)果表明彎曲過(guò)渡段外弧前部和矯直段內(nèi)弧后部等效應(yīng)力值在各自區(qū)域內(nèi)最大。在低拉速下的二冷前期，彎曲過(guò)渡段的鑄坯容易在內(nèi)外弧的角部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中區(qū)域，隨著凝固的進(jìn)行，應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)沿鑄坯寬面向內(nèi)推移。