铸造模型的温度场有限元分析
大型铸造模具的有限元分析和设计
大型铸造模具的有限元分析和设计随着工业化的发展，铸造业成为各国经济的重要组成部分之一。
铸造业需要大量的铸造模具来生产各种各样的铸造件，而大型铸造模具的设计和分析是整个生产过程中至关重要的一步。
有限元分析技术是目前模具设计中常用的一种工具，可以在模具设计和制造的过程中提高设计和生产效率，减少质量问题及不必要的时间和成本。
因此，学习和掌握大型铸造模具的有限元分析技术是非常必要的。
1.大型铸造模具的设计大型铸造模具的设计是通过工艺要求、工作环境、待铸件形状等要素来进行的。
需要考虑到模具的寿命、结构强度和铸造件的质量，还要确保模具制造的各个环节符合安全生产的要求。
在设计铸造模具时，需要有一定的知识储备、经验和技术支持，才能够设计出高质量、高效率和安全稳定的铸造模具。
设计过程中，需要考虑到各个因素可能发生的影响，并进行评估，以确保安全可靠。
设计者需要结合实际情况进行改进，以便更好地适应不断发展的市场要求。
2.有限元分析技术在大型铸造模具设计中的作用有限元分析技术是一种常用的计算方法，可以在设计模具的过程中提高设计效率，减少生产成本和人力物力资源的浪费。
有限元分析技术可以在设计前进行模拟，减少因现场测试和分析导致的成本增加和时间延误。
设计者可以通过有限元分析预测模具制造过程中的各种状态，以更好地掌控模具施工的整个流程。
在铸造模具的有限元分析中，通过模拟分析来模仿模具在生产中的应力状态，以确定模具的强度是否满足生产要求。
有限元分析技术可以通过分析不同材料、结构和工艺条件来确定模具的最佳设计方案，避免了在一些不必要的试验中产生的浪费。
有限元分析技术可以通过较小的成本实现大量的模拟试验，提高了产品设计的效率和可靠性，找到满足生产需求的最优方案，并发现可能存在的制造缺陷和问题，提高模具的制造质量和生产效率。
3.大型铸造模具有限元分析技术的应用在大型铸造模具的有限元分析和设计中，一些重要的应用有以下几个方面：(1) 铸造模具的应力分析：在模具设计过程中，需要考虑到模具在铸造中的应力状态。
Ir坩埚铸造过程中温度场的有限元模拟
ＣＨＥＮ ｏ ｇ ＧＵＡＮ ｅｍｉ ｇ ＫＯＮＧ ｉｎ ｎ ＺＨＡＮＧ ｎ ｕ ， Ｓｎ ， Ｗ ｉ ｎ， Ｊａ ｗｅ ， Ｋｕ ｈ ａ ＤＥＮＧ ｇ ｏ Ｄｅ ｕ
（ ｉｏ Ｐａｉｕ Ｍ ｅａｓ ． ｄ ， ｎ ｎ ， ｎ ａ ５ ２ ， ｉａ） Ｓ ｎ — ｌｔ ｍ ｔｌ Ｌｔ．Ｋｕ ｍｉｇ Ｙｕ ｎ ｎ６ ０ ２１ Ｃｈｎ ｎ Ｃｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｐａ ｅ ，ｔ ｅ ｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｍｅ ｏ ｓ ｕｓｄ ｏ ｃ ｌｕ ａｅ ｃ ｔ ｇ ｒｄｕ ｒ ｃｂｌ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｒ ｓ ｎ ｐ ｒ ｈ ｆ ｔ ｌｍｅ ｔ ｎ ｈ ｔ ｄ ｗａ ｅ ｔ ａｃ ｌｔ ａ ｉ ｉ ｉｍ ｃｕ ｉ ｅ ｓ ｎ ｉ
晶 Ｉ则 由于弹性 模 量很 大 ，硬 化率 高 ，且 杂 质对 Ｉ ｒ ｒ 的加 工硬化 性 能影 响较 大 ，导致 加 工较 困难 。熔模 铸 造 法工 序较 简单 、制 造 成本较 低 ，并 且铸 造 出的 Ｉ坩 埚 密度 大于前 面 ２种 方法 。但 由于 Ｉ坩 埚为 大 ｒ ｒ
ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｅｄ ｏ ｈ ｅ ａ ｐｅ ． ｅ ｃ ｃ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａｅ ｔ ａ ｅｍ ｅ ｏ ｏ ｎｙ ｐ ｅ ｃｓ ｐ ｒｅ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｌ ｆｔｒ ｅ ｓ ｍ ｌｓ Ｔｈ ａ ｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓｉ ｄ ｃ ｔｄ ｔｔ ｔ ｄ ｎ ｔｏ ｌ ｒ ｄ ｔ ｆ ｃ ｙ ｉ ｌ ｈ ｈ ｈ ｉ ｅ ｌ ｈ ａｉ ｆｓ ｒｎ ｇ ｏ ｅｉ ｔ ｌ ， ｕ ｏ ｐ ｅ ｃｓｔ ｔｅ ｌｃ ｔ ｎ ｏ ｈ ｉｋａ ｅｈ ｌ ｅｗａｌ ｂ ｔａｓ ｒ ｉｔ ｅｌ ａ ｏ ｎ ｈ ｐ ｆｓ ｒｎ ｇ ｏ ｅｉ ｅ ｓ ｒ ｅ ｏ ｏ ｎｈ ｌ ｄ ｈ ｏ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ａ ｏ ｈ ｉｋａ ｅｈ ｌ ｎｔ ｐ ｕ ｃ ｉ ｅ ｈ
有限元分析案例
有限元分析案例图1 钢铸件及其砂模的横截面尺寸砂模的热物理性能如下表所示:铸钢的热物理性能如下表所示:一、初始条件:铸钢的温度为2875o F，砂模的温度为80o F；砂模外边界的对流边界条件：对流系数0.014Btu/hr.in2.o F，空气温度80o F；求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。
二、菜单操作:1.Utility Menu>File>Change Title, 输入Casting Solidification;2.定义单元类型:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, Add, Quad 4node 55；3.定义砂模热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic,默认材料编号1, 在Density(DENS)框中输入0.054,在Thermal conductivity (KXX)框中输入0.025,在S pecific heat(C)框中输入0.28;4.定义铸钢热性能温度表:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent->Temp Table,输入T1=0,T2=2643, T3=2750, T4=2875;5.定义铸钢热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent ->Prop Table, 选择Th Conductivity,选择KXX, 输入材料编号2,输入C1=1.44, C2=1.54, C3=1.22, C4=1.22,选择Apply,选择Enthalpy,输入C1=0, C2=128.1, C3=163.8, C4=174.2;6.创建关键点:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>Keypoints>In ActiveCS,输入关键点编号1,输入坐标0,0,0, 输入关键点编号2,输入坐标22,0,0, 输入关键点编号3,输入坐标10,12,0,输入关键点编号4, 输入坐标0,12,0;7.创建几何模型:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas-> Arbitrary>Through KPs,顺序选取关键点1,2,3,4;8.Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Rectangle>By Dimension,输入X1=4,X2=22,Y1=4,Y2=8;9.进行布尔操作:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>-Booleans-> Overlap>Area,Pick all；10.删除多余面:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Delete>Area and Below,311.保存数据库:在Ansys Toolbar中选取SA VE_DB;12.定义单元大小:Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>-Global->Size,在Element edge length框中输入1;13.对砂模划分网格:Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择砂模;14.对铸钢划分网格:Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define>Default Attribs, 在Material number菜单中选择2;15.Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>-Areas->Free,选择铸钢;16.定义分析类型:Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis,选择Transient;17.选择铸钢上的节点:Utility Menu>Select>Entities,选择element,mat,输入2,选择Apply,选择node, attached to element,选择OK;18.定义铸钢的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define,选择Pick all,选择temp,输入2875, OK;19.选择砂模上的节点:Utility Menu>Select>Entities,Nodes, inverse20.定义砂模的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define,选择Pick all,选择temp, 输入80, OK;21.Utility Menu>Select>Everything；22.U tility Menu>Plot>Lines；23.定义对流边界条件:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal ->Converction>On Lines,选择砂模的三个边界1,3,4, 在file coefficent框中输入80, 在Bulk temperature框中输入, 80;24.设定瞬态分析时间选项:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time-Time Step,Time at end of load step 3 Time Step size0.01 Stepped or ramped b.c. Stepped Automatic time stepping onMinimun time Step size 0.001 Maximum time step size 0.2525.设置输出:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>DB/Results File, 在File write frequency框中选择Every substep;26.求解:Main Menu>Solution>-Solve->Current LS；27.进入后处理: Main Menu>Timehist Postproc；28.定义铸钢中心节点的温度变量:Main Menu>Timehist Postproc>Define Variables, Add, Nodal DOF result,2,204；29.绘制节点温度随时间变化曲线：Main Menu>Timehist Postproc>Graph Variable,2。
铸造模型的温度场有限元分析
铸造模型的温度场有限元分析概述铸造是一种工程制造方法，将液态金属或其他物质浇铸到一个模具中，让其冷却并形成所需形状。
在铸造过程中，温度场是非常重要的因素。
温度场决定了物体的热胀冷缩、形变、质量等方面，因此对温度场进行分析和优化是铸造中非常关键的步骤。
有限元分析是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的物理模拟和优化。
它通过将复杂的物理系统划分成离散的小单元，然后进行数值计算，求解问题的数值解。
因为铸造模型具有复杂的结构和几何形状，因此需要使用有限元分析方法对其温度场进行建模和分析。
建模铸造模型的温度场建模通常采用有限元法。
首先需要将模型划分为许多小单元，然后对每个小单元进行分析。
对于铸造模型，一般采用三维有限元建模。
建模首先需要构建模型几何结构，通常可以使用CAD软件进行建模，并将建模结果导入有限元分析软件中。
此外，还需要确定材料属性如热传导系数、比热容等物理参数。
这些参数可以通过实验或者文献数据获得。
模型建立后，需要进行网格划分。
网格划分是将模型划分为许多小单元的过程。
划分应该既能保证精度，又不能花费过多的计算资源。
常用的有限元网格包括四面体网格和六面体网格。
求解一旦建立了有限元模型并完成了网格划分，就可以求解铸造模型的温度场了。
求解需要根据材料性质、边界条件和初值条件设置方程组。
为此，通常会考虑以下因素：•材料参数：包括材料的比热容、密度、热传导系数等。
•边界条件：包括模型的外表面或锥度面进行空气自流冷却，穴道内部注射的铸造材料温度，模型的初值等。
•时间步长：需要选用适当的时间步长来求解模型。
通过建立方程组，使用求解器对其进行求解。
有限元分析通常可以获得模型的温度分布、热流量、热应力等结果。
结果分析求解完成后，可以对求解结果进行分析和优化。
通常采用后处理软件进行结果可视化，比如ParaView、Tecplot等软件。
常用的分析方式包括对温度场进行动态展示、温度场的等高线图、热流分布图等。
这些可视化结果可以帮助研究人员更好地了解模型温度分布的规律，并进行优化改进。
ZL201铝合金铸件凝固过程温度场的有限元模拟
ZL201铝合金铸件凝固过程温度场的有限元模拟
刘广君
【期刊名称】《铸造技术》
【年(卷),期】2011(32)1
【摘要】以矩形ZL201铝合金铸件压力铸造为例,对凝固过程进行了合理的假设和简化,利用有限元方法,对铸造凝固过程温度场宏观变化进行了模拟计算,获得了铸型与铸件在凝固过程中的温度分布规律。
在凝固过程中,铸件温度一直呈下降趋势,铸型温度的变化趋势是先升高后降低。
计算结果表明,三维温度场的数值模拟能够反映铸件冷却过程温度场的动态变化,为提高铸件质量、确定凝固时间和优化工艺参数提供了参考。
【总页数】5页(P67-71)
【关键词】凝固;温度场;铝合金;数值模拟;有限元法
【作者】刘广君
【作者单位】北方民族大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG244
【相关文献】
1.铸件凝固过程中温度场的数值模拟 [J], 赵鑫;温泽峰;金学松
2.铝合金压铸件凝固过程中的瞬态温度场分析 [J], 传海军;黄晓锋;毛祖莉;曹喜娟
3.基于ANSYS的铝合金铸件凝固过程温度场的数值模拟 [J], 牛晓武
4.铝合金铸件凝固过程的有限元数值模拟研究 [J], 尤江;王承志;安晓卫;孟宪嘉
5.基于ANSYS的铸件凝固过程瞬态温度场的有限元数值模拟 [J], 王振军
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铸件凝固过程温度场分析计算
毕业设计铸件凝固过程温度场分析计算姓名： XX学号： XX班级： 10自动化（数控）2专业：自动化（数控）所在系：自动化工程系指导教师： XXX铸件凝固过程温度场分析计算摘要铸造是国民经济的重要产业部门之一，一个国家制造工业的规模和水平就靠它来反映。
航空、航天、汽车、机械等各行业的迅速发展，对铸件的需求量越来大，对铸造金属的性能及铸件本身的可靠性等要求也越来越高。
先进制造技术的发展要求铸件的生产向轻型化、精确化、强韧化、复合化及无环境污染方向发展。
铸造温度场是铸件在生产、加工及使用过程中产生缩孔缩松的主要原因,缩孔缩松不仅降低铸件的尺寸精度和使用性能，甚至直接导致铸件报废。
对铸造过程温度场进行数值模拟，可以预测铸件的缩孔缩松，为优化铸造工艺、减少应力、应变导致的铸件缺陷，提高铸件尺寸精度和使用寿命提供科学的参考依据[1]。
此毕业设计就是通过计算机模拟铸件的形成过程，并对其进行相应的温度场分析，根据判据找到缺陷发生的位置，旨在为实际生产提供理论基础，为改进工艺设计作贡献。
关键词：ANSYS；有限元分析；温度场；铸件凝固Casting Solidification Temperature Field Analysis andCalculationABSTRACTCasting is one of the important sectors of national economy, manufacturing industrial scale and level of a country depends on it to reflect. Aviation, aerospace, automotive, machinery and other industries, the rapid development of the to the greater demand for the castings, casting the metal on the performance and reliability requirements of the casting itself more and more is also high. The development of advanced manufacturing technology for casting production to light-duty composite, high-precision, strong, and no environmental pollution.Casting temperature field is castings produced in the process of production, processing and use the main cause of porosity shrinkage, porosity shrinkage not only reduce the size of the casting precision and operational performance, even as a direct result of the casting scrap. A numerical simulation of the temperature field of casting process can predict the shrinkage of the shrinkage, in order to optimize the casting process, reduce the stress and strain caused by the casting defects, improve the casting dimension accuracy and provide scientific reference for service life. The formation of this graduation design is through the computer simulation of casting process, and carries on the corresponding temperature field analysis, according to the criterion of finding defects location and aims to provide theoretical basis for actual production, make contributions to improve process design.Key Words：ANSYS；The finite element analysis；Temperature field；Casting solidification目录第一章绪论 (1)1.1本课题的背景和意义 (1)1.1.1铸件凝固过程温度场分析计算的意义 (1)1.1.2国内外发展状况 (1)1.1.3本课题的研究内容 (1)1.2本课题研究的方法和手段 (1)第二章理论及软件 (3)2.1本论文的理论基础 (3)2.1.1热传递的基本方式 (3)2.1.2导热过程的基本概念 (5)2.1.4ANSYS简介 (9)2.1.5软件功能介绍 (9)第三章软件模拟 (11)3.1建模和ANSYS前处理 (11)3.1.1PRO/E建立铸件模型 (11)3.1.2铸件砂型的建立 (12)3.1.3铸件在ANSYS的前处理过程 (15)3.2温度场求解过程 (22)3.2.1定义对流条件 (22)3.2.2求解设置 (25)3.3基于温度场的分析 (26)3.3.1温度场模拟结果 (26)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)第一章绪论1.1 本课题的背景和意义1.1.1铸件凝固过程温度场分析计算的意义铸造温度场是铸件在生产、加工及使用过程中产生缩孔缩松的主要原因；铸造应力是铸件在生产、加工及使用过程中产生变形和裂纹的主要原因,缩孔缩松和裂纹不仅降低铸件的尺寸精度和使用性能，甚至直接导致铸件报废。
第三讲 温度场的有限元分析
2
...
二维单元
Ni ( x)ui
1
n
注：Ni可为Lagrange、 Hamiton多项式或形函 数，在+1~-1间变化
u ( x, y ) N i ui
1
n
v( x, y ) N i vi
1
n
第三讲 温度场的有限元分析
参考： 《有限单元法在传热学中的应用》，孔祥谦 编著， 北京：科学出版社，第三版，1998.9 （TK124/7）
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
温度场基本方程推导
• 整理得：
c T T T T (k x ) (k y ) (k z ) Q 0 t x x y y z z
• 满足上述热传导方程的解有无限多个，为了确定真 实的温度场，必须知道物体初始瞬态的温度分布， 即初始条件，称为第一类边界条件 T ( x, y, z, t )t 0 T ( x, y, z ) • 同时，还需知道物体表面与周围介质间进行热交换 的规律，即边界条件，有三类边界条件。
边界面上的热流密度q[w/m2]为已知
2T 2T 2 0 2 x y
T k n
q 0
1
平面稳态温度场的有限元法
• 2、平面稳态温度场的泛函 第三类边界条件平面稳态温度场
Ansys有限元分析温度场模拟指导书
实验名称：温度场有限元分析一、实验目的1. 掌握Ansys分析温度场方法2. 掌握温度场几何模型二、问题描述井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。
井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。
表1 井式炉炉壁材料的各项参数三、分析过程1. 启动ANSYS，定义标题。
单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine”2.定义单位制。
在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键3. 定义二维热单元。
单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE554.定义材料参数。
单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。
6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。
7.建立模型。
单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。
在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。
8.重复第7步，输入RAD1=0.86-0.065，RAD2=0.86-0.245，单击APPL Y；输入RAD1=0.86-0.245，RAD2=0.86-0.36，单击OK。