基于ANSYS的強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)及溫度場(chǎng)有限元分析

　　在強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)作用下，合金凝固組織可以得到顯著細(xì)化，這是一種新出現(xiàn)的前景十分廣闊的新工藝。但其作用機(jī)理尚不清楚。本文利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)作用下，鋁合金定向凝固過(guò)程中熔體內(nèi)的磁場(chǎng)分布、電磁力等進(jìn)行了數(shù)值模擬。為進(jìn)一步研究強(qiáng)脈沖電磁場(chǎng)對(duì)合金凝固組織的影響提供參照。 溫度場(chǎng)分析是研究金屬材料在凝固過(guò)程的各種力學(xué)參數(shù)、組織結(jié)構(gòu)的重要前提，正確地施加符合實(shí)際情況的初始邊界條件是溫度場(chǎng)分析的關(guān)鍵所在。本文在基于相變熱焓法的有限元理論基礎(chǔ)上，利用大型通用有限元分析軟件ANSYS，對(duì)Al-4%Cu合金鑄件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金鑄件和鎳基高溫合金葉片在凝固過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了細(xì)致的研究。 通過(guò)本文的研究，得到了以下研究結(jié)果： 對(duì)強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)作用下的Al-Cu合金熔體定向凝固過(guò)程中的磁場(chǎng)分布作了數(shù)值模擬，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)得結(jié)果進(jìn)行了分析比較。通過(guò)ANSYS有限元數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，熔體中的脈沖磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁力等物理量的分布是不均勻的。對(duì)于圓柱形樣品，磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁力均在螺線管線圈范圍內(nèi)達(dá)到最大。而越遠(yuǎn)離樣品中心，這些物理量的值越小。 對(duì)Al-4%Cu合金鑄件的溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬時(shí)，充分考慮了Al-4%Cu合金鑄件澆注表面與周圍空氣之間的對(duì)流換熱、砂型外表面及冷鐵外表面與周圍空氣之間的對(duì)流換熱等實(shí)際邊界條件。在此基礎(chǔ)上，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件熔模鑄造凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)分布做了數(shù)值模擬，得到了鑄件在凝固過(guò)程中溫度場(chǎng)的變化規(guī)律。對(duì)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的鎳基高溫合金低壓渦輪葉片非定向凝固熔模鑄造過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布作了模擬計(jì)算，得出了在溫度的初始條件和邊界條件不斷變化的情況下的溫度場(chǎng)分布規(guī)律。為研究鑄件的高溫力學(xué)性能奠定了重要的理論基礎(chǔ)，也為準(zhǔn)確地模擬凝固過(guò)程中微觀組織的演化過(guò)程創(chuàng)造了必備的條件。