板坯連鑄凝固過程中溫度與應(yīng)力的有限元分析.pdf

1、連鑄過程中，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)學方法分析鑄坯的溫度及應(yīng)力場對連鑄生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。論文針對某鋼廠直弧型板坯連鑄機部分鋼種生產(chǎn)過程中鑄坯角部和內(nèi)部裂紋缺陷問題，以該鑄機的基本結(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)熱傳導方程對鑄坯的傳熱

2、進行分析。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制對流邊界條件。
　　 在二維溫度場的基礎(chǔ)上，考慮了高溫下的鑄坯材料非線性力學行為、鑄坯與夾輥的接觸狀態(tài)、鋼水靜壓力的影響，運用由屈服應(yīng)力和硬化模量決定的馮米塞斯屈服準則，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比接近于1的高精度四

3、邊形單元劃分網(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。
　　 凝固傳熱計算得到了二維橫向特定夾輥位置下鑄坯斷面溫度場，以及鑄機整個縱斷面的鑄坯溫度場。選取結(jié)晶器出口斷面，凝固前期彎曲過渡段和中后期的矯直段在三個拉速下的溫度場進行分析。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、場應(yīng)結(jié)合鑄坯的高溫力學性能制定適宜的目標溫度，避免鑄坯微裂紋的生成或加劇擴展。
　　 在溫度場的計算結(jié)果上，計算分析了連鑄過程中鑄坯坯殼內(nèi)的等效應(yīng)力伴隨凝固過程的變化情況，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，隨著凝固的進行，應(yīng)力集中區(qū)域會沿鑄坯寬面向內(nèi)推移。