鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)電磁場FEM軟件研制及耦合計算.pdf

1、鈦合金是一種對國防和國民經(jīng)濟發(fā)展有特殊戰(zhàn)略意義的難熔和活潑金屬，但由于成形制備工藝復雜，生產(chǎn)過程耗能多，造成了嚴重的資源浪費。因此，大力發(fā)展新型鈦合金冷坩堝和無模電磁定向凝固成形技術具有重要的理論意義和應用價值。
　　本文以理論建模和計算機模擬為研究手段，以本文作者所在課題組的實驗工作為基礎，建立了鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)電磁場計算的有限元(FEM)數(shù)值計算模型，并獨立編制出通用性較好的2D諧響應電磁場模擬計算程序。將本文電磁場的F

2、EM計算結果轉(zhuǎn)換成適合于本課題組自行編制的鑄件凝固三傳數(shù)值模擬程序數(shù)據(jù)格式，初步達到了對鈦合金鑄錠/鑄件電磁定向凝固傳輸過程進行自主的多物理場耦合數(shù)值計算的目的。本論文主要完成了以下工作：
　　結合本課題組的實驗工作，建立了鈦合金電磁定向凝固電磁場計算的物理模型。根據(jù)Maxwell方程組，應用有限元的方法建立了鈦合金電磁定向凝固電磁場計算的數(shù)值模型。采用Fortran90語言編制了鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)電磁場分布數(shù)值計算的通用程序

3、。
　　利用ANSYS8.0軟件對鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)進行造型和FEM剖分，為本論文程序提供造型和剖分數(shù)據(jù)。同時應用ANSYS8.0軟件模擬計算相同凝固系統(tǒng)的電磁場分布，將ANSYS電磁場計算結果與自行編制程序計算出的電磁場數(shù)據(jù)進行了對比。結果對照表明：本論文自行編制的電磁場FEM模擬程序給出的計算結果是可靠的，兩者電磁場分布規(guī)律是相似的。
　　改寫了本論文程序以及ANSYS軟件計算得到的電磁場有限元數(shù)據(jù)到有限差數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

4、程序，成功實現(xiàn)了多種鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)的FEM→FDM電磁場數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。
　　將本論文程序計算得到的電磁場有限差格式數(shù)據(jù)耦合到本課題組自行編制的鑄件三傳模擬程序，針對本課題組某鈦合金上、下錠冷坩堝電磁定向凝固工藝的電磁加熱升溫過程進行了耦合模擬計算。模擬計算結果顯示：在電磁加熱的最初幾十秒內(nèi)上、下錠在感應線圈附近的溫度急劇上升，在100秒以后鈦合金上、下錠中的溫度場分布逐漸趨于平衡狀態(tài)。
　　將本文電磁場的計算結果與鈦