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基于ANSYS的电渣熔铸过程有限元模拟研究

专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 电渣熔铸 数值模拟 有限元 模拟研究
分类号: TF111.173
形 态: 共 59 页 约 38,645 个字 约 1.849 M内容
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内容摘要


电渣熔铸过程是集温度场、电场、磁场、流场于一体的复杂过程,并且各场之间相互影响,渣池的电场分布决定了温度场分布,同时渣池温度场对钢锭温度场有着十分重要的影响,钢锭的温度场又直接决定了其应力场的分布。

本文是以抚钢电渣熔铸模拟项目为背景提出来的。

本文首先对渣池热电场进行了分析,对电渣熔铸过程中渣池中的边界条件和初始条件进行了合理的计算和处理;利用有限元分析软件ANSYS进行了渣池热电场的分析;通过对渣池热电场分布结果的讨论,得出了渣池存在两个区域的结论:

一是温度很高、电压梯度很大且分布不均匀的小区域,这一区域位于自耗电极的端部附近,为高热源区:

另一个是电压梯度很小且分布均匀的大区域,为低热源区域;给出了渣池平均温度的计算方法,通过ANSYS程序的后处理器,并根据本文中给出电渣熔铸物理模型和物性参数计算得出了渣池的平均渣温,为以后的钢锭温度场和应力场模拟提供了必要的数据。

在得到平均渣温后,本文利用ANSYS对钢锭凝固过程的温度场和应力场进行了模拟,得出了金属熔池深度从熔铸开始后先是不断变大,经历一定时间后达到稳定深度的规律。

本文中采用ANSYS中的单元生死方法模拟了钢锭凝固过程中的边界条件的动态变化和钢锭高度不断增加的过程,同时得到了自耗电极熔化速度的模拟方法。

通过模拟不同的自耗电极熔化速度,得出了熔化速度越快熔池深度越大,熔池深度达到稳定的时间也就越长的结论。

然后本文通过对钢锭应力分布的分析得出了越靠近结晶器应力就越大,也就是靠近结晶器的部位是热裂等缺陷的高发处的结论。

本文最后对以后的研究做了展望,即通过结合现场实际情况,可修正模型和边界条件,并通过改变AYSYS程序中的参数来得到不同工艺参数下钢锭的等效应力分布,从而可以对不同的工艺进行比较从而指导生产;同时给出了通过钢锭的温度场分析结果,使用新山判据预测钢锭中缩松、缩孔缺陷的方法,为以后抚钢电渣熔铸模拟作了理论上的前期研究准备..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1电渣熔铸基本知识
1.1.1电渣熔铸原理
1.1.2电渣熔铸的特点和优点
1.2本课题的研究背景
1.3国内外相关研究的概况
1.3.1渣池数值模拟的研究概况
1.3.2钢锭温度场和应力场模拟的研究概况
1.4本课题的主要研究内容
1.5本章小结
第二章 电渣熔铸过程数值模拟的理论基础
2.1数值模拟的基本方法
2.2有限元基本概念
2.2.1物体离散化
2.2.2单元特性分析
2.2.3求解未知节点位移
2.3温度场问题的有限元方法
2.4关于ANSYS
2.4.1前处理
2.4.2求解
2.4.3后处理
2.5本章小结
第三章 渣池热电场有限元模拟的前置处理
3.1渣池热电场模拟的物理模型
3.2渣池热平衡分析
3.3渣池热电场模拟的数学模型
3.4有限元计算的基本假设
3.5初始条件的处理
3.6渣池热电场的载荷处理
3.6.1渣池电方面的载荷处理
3.6.2渣池热方面的载荷处理
3.7控制方程的有限元离散化
3.8计算区域的选择和网格的划分
3.9数值模拟参数的确定
3.9.1电渣物性参数
3.9.2自耗电极物性参数
3.9.3渣壳的物性参数
3.10本章小结
第四章 渣池热电场模拟程序及结果讨论
4.1 ANSYS计算程序
4.2渣池电位与电场模拟数据及其讨论
4.3渣池热方面的模拟数据及其讨论
4.4平均渣温的获取
4.5本章小结
第五章 钢锭凝固过程模拟
5.1钢锭凝固过程模拟的意义
5.2本文中钢锭凝固过程模拟的主要研究内容
5.3钢锭凝固模拟的物理模型以及物性参数
5.4数学模型的建立与求解
5.4.1温度场数学模型
5.4.2应力场有限元模型
5.5边界条件和初始条件的确定
5.6 ANSYS计算程序
5.7温度场计算结果及其讨论
5.7.1温度场计算结果
5.7.2金属熔池深度随时间变化及电极熔化速率的影响
5.8应力场计算结果及其讨论
5.9本章小结
第六章 总结与展望
6.1结论
6.2未来工作的展望
参考文献

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中图分类: > TF111.173 > 工业技术 > 冶金工业 > 冶金技术 > 提炼冶金(化学冶金) > 金属冶炼

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