鎂合金熔化爐坩堝的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析及優(yōu)化研究.pdf

1、鎂合金廣泛應(yīng)用于車輛、信息產(chǎn)業(yè)和航天航空等工業(yè)領(lǐng)域，作為鎂合金產(chǎn)品制造的重要設(shè)備，鎂合金熔化爐的研究開發(fā)也逐漸受到重視。坩堝是鎂合金熔化爐的熔體盛裝和加熱容器，要能夠承受鎂合金加熱熔化和凝固過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力長期作用下將導(dǎo)致坩堝產(chǎn)生嚴(yán)重的變形開裂而失效。目前，國內(nèi)外的研究集中在提高坩堝抗腐蝕性能方面，而在降低坩堝熱應(yīng)力方面的研究鮮有出現(xiàn)。鑒于此，本文依托浙江省科技廳項(xiàng)目“鎂合金綠色再熔技術(shù)及熔化保溫定量喂料爐研究與開發(fā)”，在

2、鎂合金熔化爐坩堝熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的基礎(chǔ)上，對坩堝的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，這對于提高鎂合金熔化爐的安全性、延長使用壽命、降低成本等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。主要工作和結(jié)論如下：
　　 (1)根據(jù)鎂合金壓鑄生產(chǎn)的實(shí)際工況，基于鎂合金熔化爐試驗(yàn)平臺，制定詳細(xì)的試驗(yàn)方案，對坩堝穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的溫度場進(jìn)行多次試驗(yàn)研究，得到了坩堝溫度場的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　 (2)建立了復(fù)合型坩堝三維對稱有限元模型，根據(jù)傳熱學(xué)原理和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立可靠的加熱

3、棒熱源數(shù)學(xué)模型及復(fù)合換熱模型，確定坩堝溫度場模擬分析的邊界條件和載荷。在考慮材料非線性的基礎(chǔ)上，采用ANSYS熱分析模塊對坩堝進(jìn)行各個穩(wěn)態(tài)和熔鎂過程中瞬態(tài)溫度場的數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，確立了準(zhǔn)確的坩堝溫度場分布情況。
　　 (3)采用間接耦合法進(jìn)行穩(wěn)定澆注工況中坩堝應(yīng)力場的數(shù)值模擬，分別研究了在機(jī)械載荷作用下、熱載荷作用下及兩者共同作用下的坩堝應(yīng)力場分布情況。
　　 (4)建立了參數(shù)化的復(fù)合型坩堝1/4有限