鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)電磁場(chǎng)FEM軟件研制及耦合計(jì)算.pdf

1、鈦合金是一種對(duì)國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(fù)雜，生產(chǎn)過程耗能多，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。因此，大力發(fā)展新型鈦合金冷坩堝和無(wú)模電磁定向凝固成形技術(shù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以理論建模和計(jì)算機(jī)模擬為研究手段，以本文作者所在課題組的實(shí)驗(yàn)工作為基礎(chǔ)，建立了鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)電磁場(chǎng)計(jì)算的有限元(FEM)數(shù)值計(jì)算模型，并獨(dú)立編制出通用性較好的2D諧響應(yīng)電磁場(chǎng)模擬計(jì)算程序。將本文電磁場(chǎng)的F

2、EM計(jì)算結(jié)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(dá)到了對(duì)鈦合金鑄錠/鑄件電磁定向凝固傳輸過程進(jìn)行自主的多物理場(chǎng)耦合數(shù)值計(jì)算的目的。本論文主要完成了以下工作：
　　結(jié)合本課題組的實(shí)驗(yàn)工作，建立了鈦合金電磁定向凝固電磁場(chǎng)計(jì)算的物理模型。根據(jù)Maxwell方程組，應(yīng)用有限元的方法建立了鈦合金電磁定向凝固電磁場(chǎng)計(jì)算的數(shù)值模型。采用Fortran90語(yǔ)言編制了鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)電磁場(chǎng)分布數(shù)值計(jì)算的通用程序

3、。
　　利用ANSYS8.0軟件對(duì)鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)進(jìn)行造型和FEM剖分，為本論文程序提供造型和剖分?jǐn)?shù)據(jù)。同時(shí)應(yīng)用ANSYS8.0軟件模擬計(jì)算相同凝固系統(tǒng)的電磁場(chǎng)分布，將ANSYS電磁場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與自行編制程序計(jì)算出的電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果對(duì)照表明：本論文自行編制的電磁場(chǎng)FEM模擬程序給出的計(jì)算結(jié)果是可靠的，兩者電磁場(chǎng)分布規(guī)律是相似的。
　　改寫了本論文程序以及ANSYS軟件計(jì)算得到的電磁場(chǎng)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(shí)現(xiàn)了多種鈦合金電磁定向凝固系統(tǒng)的FEM→FDM電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。
　　將本論文程序計(jì)算得到的電磁場(chǎng)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(duì)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(jìn)行了耦合模擬計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果顯示：在電磁加熱的最初幾十秒內(nèi)上、下錠在感應(yīng)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(chǎng)分布逐漸趨于平衡狀態(tài)。
　　將本文電磁場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果與鈦