冶金过程数值模拟
45钢零件淬火过程中温度场的ABAQUS模拟
制造技术／工艺装备
条件心］，称之为给定热流密度的Ｎｅｕｍａｎｎ方程，可用 式（２）表示：
心Ｋ。务磊；几坞＊＋ＴＫｙａｙ乙ｎ ，ｙ＋ ＋Ｋｚ Ｔａ岛ｚ：吨（卜丁） 凡＝２凡ｃ Ｌ １＊一１）
………………………………………………（２） 式（１）、式（２）中：ｐ为材料密度；ｃ，为材料比热容；Ｋ。 Ｋ。Ｋ：为沿Ｘ、ｌ，、ｚ方向的热传导系数；Ｑ为物体内部 的热源强度；ｒｔ，、／７，”ｎ：为边界外法线的方向余弦；＾。为 物体与周围介质的对流换热系数；Ｔ。为环境温度；Ｔ 为零件表面温度。
拟［Ｊ］．集美大学学报，１９９８（３）． ［３］ 谭真，郭广文．工程合金热物性［Ｍ］．北京：冶金工业
出版社．１９９４． ［４］ 程赫明，王洪纲．圆柱体４５钢淬火过程热传导方程
逆问题的求解［Ｊ］．昆明理工大学学报，１９９６（６）．
作者简介：朱子宏，硕士研究生，主要研究方向：ＣＡＥ及先进制造。 作者通讯地址：上海大学西部小区Ｃ３—６０６室（上海２０００７２）
０引言
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ａｃ３（亚共析钢） 或Ａｃｌ（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之 全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷 速，快冷到Ｉ临界温度Ｍｓ以下（或Ｍｓ附近等温）进行马 氏体（或贝氏体）转变的热处理丁艺。
在淬火冷却过程中，因为零件内部温度分布不均 匀、组织转变过程的不均匀而形成热应力和相变应 力，这些应力的存在将直接影响零件的组织性能和使 用寿命。如果热处理不当，将会造成零件组织性能达 不到预定要求，甚至会产生过量变形或开裂而报废。 生产实践表明，淬火冷却过程是热处理工艺中返修率 最高和废品率最高的工序，是热处理质量控制中最难 掌握的环节。要评估淬火件的组织转变情况及淬火 残余应力，必须确定淬火冷却过程零件材料内部的温 度随时间的分布规律，因而淬火过程温度场的确定是 优化热处理工艺、提高零件内在质量的主要依据。
电渣重熔过程渣池流场数值模拟
电渣重熔过程渣池流场数值模拟王晓花;厉英【摘要】采用商业软件ANSYS和FLUENT建立了电渣重熔过程渣池流场数学模型,分析了电渣重熔过程电磁力和热浮力共同作用下渣池流动行为,以及典型电渣重熔工艺参数(电极形貌、插入深度、填充比和电流强度)对电渣重熔过程渣池内流场的影响规律.结果表明:电磁力有利于渣池内产生逆时针涡流,浮力有利于渣池产生顺时针涡流.电极端部形貌对渣池流动影响较大,当电渣重熔电流均为5000A,频率为50 Hz时,平头电极所在渣池内同时存在逆时针涡流和顺时针涡流,锥形电极所在渣池内只存在逆时针涡流.电极填充比和电流都对渣池内流动行为影响较大,减小电极填充比和增大电流强度都会使渣池内逆时针涡流增加.【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2014(013)002【总页数】6页(P133-137,151)【关键词】电渣重熔;渣池;流场;数值模拟【作者】王晓花;厉英【作者单位】东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TG142.4电渣重熔获得的最终产品具有成分均匀、杂质含量低、凝固组织致密等优点.因此，电渣重熔被广泛应用于高附加值特殊钢和镍基超级合金生产［1～4］.渣池在电渣重熔电流作用下产生大量焦耳热熔化自耗电极，并在金属熔滴形成和下落过程中去除金属熔滴中的夹杂物和有害元素，从而达到净化金属溶液的目的.电渣重熔过程电磁力和热浮力作用使得渣池内熔渣产生复杂的湍流流动，影响金属熔滴流动和温度以及金属熔滴净化效果，从而影响最终重熔钢锭成分和组织均匀性.因此，电渣重熔过程渣池流动行为研究对于制定合理的电渣重熔工艺，生产高质量钢锭至关重要.鉴于电渣重熔过程渣池内发生复杂的物理化学变化，且渣池为非透明材料，很难由物理方法直接观察渣池内部情况，而数值模拟对于高温冶金过程传输现象研究是一种行之有效的方法，因此越来越受到冶金工作者的重视.以Choudhary和Sezekely［1～3］为代表的研究者首先开始采用耦合Maxwell方程、湍流Navier－Stokes方程和能量守恒方程的方法，研究了电渣重熔过程渣池内熔渣流动行为.随后以Ferng、Jardy和Weber为代表的研究者［4～6］进一步分析了供电模式、填充比和熔渣物性参数对电渣重熔过程渣池流动行为的影响，但大多忽略了渣池温度分布不均产生的热浮力对渣池流动行为的影响.魏季和任永莉［7，8］研究了电渣重熔过程电磁场对渣池流动行为的影响，但忽略了电渣重熔过程渣池内部温度分布不均产生的热浮力对渣池流动行为的影响.尧军平、刘福斌、董艳伍等［9～12］为代表的研究者采用ANSYS分析了电渣重熔过程操作参数对渣池流动行为的影响.然而要充分了解电渣重熔过程传输现象，还需要进一步完善其他因素的影响，特别是电磁力和热浮力共同作用下渣池的流动行为［13，14］.本研究在前期建立的电渣重熔电磁场数学模型［15］基础上，耦合电渣重熔过程流场和温度场数学模型，分析了电磁力和热浮力共同作用下电渣重熔渣池内熔渣流动行为，以及电渣重熔操作参数(电极形貌、电流强度和填充比)对渣池流场的影响规律.电渣重熔过程中电磁场、温度场和流场相互作用，对渣池内熔渣流动行为影响较为复杂.为了简化计算，本研究作如下假设:(1)电渣重熔达到稳定后，在较短时间内处于准稳态过程;(2)电极端部与渣池接触处温度为重熔金属的液相线温度;(3)结晶器绝缘，没有电流通过结晶器;(4)渣的密度随温度变化.连续性方程:动量方程:式中电磁力为:根据Boussinesq假设，与温度相关的密度变化仅出现在动量方程的浮力项.因此，电渣重熔过程渣池内熔渣温度分布不均所引起的热浮力对渣池运动的影响，可将浮力项直接包含在动量方程.能量方程:采用k－ε双方程模型［16］描述渣池内湍流流动:湍动能方程:湍动能耗散率方程:式中湍动能产生项:以上各式中:u为速度矢量，m/s;p为压强，Pa;ρ为熔体密度，kg/m3;cp为等压比热容，J/(kg·℃);λeff为有效导热系数，W/(m·℃);QJ为体积焦耳热，W/m3;t为时间，s;μ为层流黏度系数，P a·s;μt为湍流黏度系数，Pa·s;k为湍动能，m2/s2;μ0为真空磁导率，1.26×10－6H/m; J为感应电流密度，A/m2;H为磁场强度，A/m; T和T0分别为熔渣温度和参考温度，℃;k－ε双方程模型中通用系数均采用Launder和Spalding推荐数值［16］.温度场边界条件:渣/电极界面为常温度边界条件，为了简化取自耗电极液相线温度;渣/空气界面为辐射边界条件;渣/结晶器和渣金界面为对流换热边界条件.流场边界条件:渣/电极界面和渣/结晶器界面采用无滑移边界条件;渣金界面和渣自由表面采用零剪切力边界条件.本研究针对单电极电渣重熔系统，结晶器直径为 0.36 m，电极直径为 0.10 m，渣池厚度0.20 m，渣黏度0.03 Pa·s［12］.图1为电渣重熔模型计算区域示意图.采用大型有限元商业软件ANSYS对电渣重熔过程电磁场进行分析，具体的计算方法可详见笔者前期工作［15］，在此不再赘述.将电磁场分析得到的体积电磁力和体积焦耳热存储成一定格式的数据文件，并采用FLUENT的UDF二次开发接口函数读入到Fluent所建立的电渣重熔渣池模型，从而耦合求解电磁力和热浮力共同作用下电渣重熔过程渣池流动行为.图2为电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，电极端部形貌对渣池流场的影响. 从图2中可以看出电极端部为平面时，渣池内部同时存在一个逆时针涡流和顺时针涡流，液渣流动速度介于0～0.05 m/s之间且最大速度位于渣池中心轴线处附近.电极与结晶器壁之间的逆时针涡流是电磁力和浮力共同作用的结果，这是因为电磁力驱动的逆时针流动强于位于结晶器壁和电极冷面之间的热流体浮力驱动的顺时针流动.由于渣池内靠近结晶器壁径向上存在较大的温度梯度，使得浮力占据主导地位，因而渣池内靠近结晶器壁存在顺时针方向的涡流.电极端头为平面时，渣池内流动特征与Choudhary和Szekely的研究结果［1］基本一致，同时说明了模型准确可靠.当电极端头为锥形时，渣池内仅存在逆时针涡流，这是由于电磁力较浮力强，使得渣池内产生逆时针流动，且流速介于0～0.20 m/s之间，最大流速同样位于中心渣池轴线处附近.图3为不同电极形貌对渣池内温度场的影响.从图中可以看出当电极端部为平面时，渣池内最高温度区域位于电极下方，电极/渣池界面和渣池/结晶器界面处温度梯度最大.渣池内电磁力和热浮力共同驱动下产生的逆时针涡流和顺时针涡流使得渣池内流动剧烈并使渣池内高温区扩大，温度趋于均匀.当电极端部为锥形时，由于电渣重熔过程产生的电磁力驱动熔渣成逆时针流动，促使熔渣温度逐渐均匀，并在涡流中心出现温度最高值.图4为电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，平头电极插入渣池深度对渣池流动行为的影响.从图4中可以看出随着电极插入深度的减少，渣池内部电极与结晶器壁之间，由于电磁力占主导作用所产生的逆时针回旋区逐渐缩小，而由于热浮力占主导作用而在渣池内靠近结晶器壁处所产生的顺时针回旋区逐渐扩大.当平头电极插入深度减少到0.02 m时，渣池内部电极与结晶器壁间的逆时针回旋区无限趋近消失，但在渣池内部电极下方出现逆时针回旋区.图5为电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，填充比(电极半径/结晶器半径)对渣池流场行为的影响.从图5中可以看出随着填充比的增加，由电磁力所引起的位于电极与结晶器壁之间的逆时针涡流逐渐减弱.相反，顺时针涡流逐渐增强.这是由于随着填充比的增加，渣池内部电流分布发生变化，体积电磁力减小，最大焦耳热也相应减小，但位置更加靠近结晶器壁，从而使得渣池内部电磁力的主导地位逐渐降低，靠近结晶器壁处热浮力作用逐渐增强.图6为填充比0.56和插入深度0.04 m时，不同电流强度对电渣重熔渣池内流场的影响.从图6中可以看出随着电流强度的降低，渣池内部的体积电磁力减小，从而使渣池内由电磁力占主导作用引起的位于电极与结晶器壁之间的逆时针涡流逐渐减小.相反，由于电磁力逐渐减小，渣池内热浮力逐渐占主导地位，从而使渣池内部由热浮力占主导地位产生的靠近结晶器壁的顺时针涡流逐渐增强.通过计算定量分析可知随着电渣重熔电流强度从6 000 A降低到4 000 A，渣池内部最大流速从0.06 m/s降低到0.04 m/s.本文建立了耦合电渣重熔过程渣池内电磁场、温度场和流场的数学模型，分析了电磁力和热浮力作用下，不同电渣重熔工艺参数(电极形貌、插入深度、填充比和电流强度)对渣池流场的影响规律.(1)电渣重熔过程渣池内熔渣流动行为受电磁力和热浮力共同作用.电磁力有利于渣池内产生逆时针涡流，热浮力有利于渣池产生顺时针涡流.(2)电渣重熔过程渣池流场受电极形貌影响较大.电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，电极端部为平面，渣池内部同时存在逆时针涡流和顺时针涡流;电极端部为锥形，渣池内部只存在逆时针涡流.(3)电极插入深度、填充比和电流强度都会影响电渣重熔过程渣池内熔渣流动行为.增加电极插入深度、减小填充比和增大电流强度都会使渣池内部逆时针涡流增强.【相关文献】［1］Dilawari A H，Szekely J.Heat transfer and fluid flow phenomena in electroslag refining［J］. Metallurgical Transaction B，1978，9B(1):77－87.［2］Choudhary M，Szekely J.The modeling of pool profiles，temperature profiles and velocity fields in ESR systems［J］.Metallurgical Transaction B，1980，11B(3):439－452. ［3］Choudhary M，Szekely J，Medovar B I，et al.The velocity field in the molten slag region of ESR systems:a comparison of measurements in a model system with theoretical predictions［J］.Metallurgical Transaction B，1982，13B(1):35－43.［4］Ferng Y M，Chieng C C，Pan C.Numerical simulation of electro－slag remelting process［J］.Numerical Heat Transfer A，1989，16(4):429－449.［5］Jardy A，Ablitzer D，Wadier J F.Magnetohydrodynamic and thermalbehavior of electroslag remelting slags［J］.Metallurgical and Materials Transactions B，1991，22B(1): 111－120.［6］Weber V，Jardy A，Dussoubs B，et al.A comprehensive model of the electroslag remelting process:description and validation［J］.Metallurgical and Materials Transactions B，2009，40B(3):271－280.［7］魏季和，任永莉.电渣重熔体系内磁场的数学模拟［J］.金属学报，1995，31(2):51－60. (Wei Jihe，Ren Yongli.Mathematical simulation of magnetic field in ESR system［J］.Acta Metallurgica Sinica，1995，31 (2):51－60.)［8］魏季和，任永莉.电渣重熔体系内熔渣流场的数学模拟［J］.金属学报，1994，30(11):481－490.(Wei Jihe，Ren Yongli.Mathematical modelling of slag flow field in ESR system［J］.Acta Metallurgica Sinica，1994，30 (11):481－490.)［9］尧军平，徐俊杰.电渣熔铸过程渣池流场的模拟研究［J］.铸造，2007，56(7):712－715. (Yao Junping，Xu Junjie.Simulation analysis of the slag pool flow field in the electroslag casting process［J］.Foundry，2007，56(7):712－715.)［10］刘福斌，姜周华，藏喜民，等.电渣重熔过程渣池流场的数学模拟［J］.东北大学学报(自然科学版)，2009，30(7): 1013－1017.(Liu Fubin，Jiang Zhouhua，Zang Ximin，et al.Mathematical modelling of flow field in slag bath during electroslag remelting［J］.Journal of northeastern university(natural science)，2009，30(7):1013－1017.)［11］Dong Y W，Jiang Z H，Li Z B.Mathematical model for electroslag remelting process［J］.Journal of Iron and Steel Reasearch，2007，14(5):7－12.［12］Dong Y W，Jiang Z H，Liu H，et al.Simulation of multielectrode ESR process for manufacturing large ingot［J］.ISIJ International，2012，52(12):2226－2234.［13］Hernandez－Morales B，Mitchell A.Review of mathematical models of fluid flow，heat transfer，and mass transfer in electroslag remelting process［J］.Ironmaking and Steelmaking，1999，26(6):423－438.［14］Mitchell A.Solidification in remelting process［J］.Materials Science and Engineering A，2005，413－414:10－18.［15］王晓花，厉英.电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟［J］.东北大学学报(自然科学版)，2014，35(6).(Wang Xiaohua， LiYing. Numericalsimulation of electromagnetic field and temperature field of ESR［J］.Journal of northeastern university(natural science)，2014，35(6).) ［16］Launder B E，Spalding D B.The numerical computation of turbulent flows ［J］.Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，1974，3(2):269－289.。
厚板坯连铸过程温度场数值模拟
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ｏ ｕ ｓ ｓ ｌ ａ ｂ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ －
（ ２ ） 液相 对 流现象 归 为导热 问题 ； （ ３ ） 忽 略拉 坯 方 向
和铸坯与辊子之 间的传热 ； （ ４ ） 连铸二冷 区同一冷 却 段铸 坯表 面冷 却均 匀 ； （ ５ ） 铸坯内、 外 弧 传 热 条件
对称 ．
１ ． ２ 传热方程及其初始条件和边界条件
（ １ ） 传热方 程
Ｊ ｕ ｎ ｅ， ２ ０ １ ３
Ｖ ｏ １ ． ３ ２． Ｎ ｏ ． ２
第３ ２卷 ２期
文章编号 ： ２ ０ ９ ５— ２ ２ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２— ０ ｌ １ ５— ０ ３
厚 板坯连铸过程温度场数值 模拟
何 森， 王宝峰 ， 李建超
（ 内蒙古科技 大学 材料与冶金学院 ， 内蒙古 包 头 ０ １ ４ ０ １ ０ ）
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎｔ ｉ ｎｕ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｉ ｃ ｋ ｓ ｌ ａ ｂ
基于PROCAST消失模铸造过程数值模拟分析的前处理
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ Ｔ ｅ ｘ ｔ ｉ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ
第 ３０卷 第 ４期 （总第 １ １ ０期 ） ２ ０１ ３年 １ ０月
文章编号： １ ０ ０ ８—５ ５ ８ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４—０ ０ ６— ０ ４
图 １ 衬 板零 件 图
１ ． ２ 有 限元 网格 的划分
网格 划分是计 算机 数值模 拟不可缺少 的前处
析模块 和后处 理模块 。功 能模块包 括流 动分析模 块、 应 力分析 模 块 和辐 射 分析 模块 。高级 模 块包 括 晶粒 结构分 析模块 、 微观组 织分析 模块 、 电磁 分 析 模块 和射 芯流动分 析模块 。工具模 块包 括 网格 生 成模 块 、 反 向求解模 块 。Ｐ Ｒ Ｏ Ｃ Ａ ｓ Ｔ铸 造 充型 过 程模 拟流程 如 图 ２所 示 。 本 文 以矿 山设 备 上 的 耐磨 件板 锤 为 例 ， 详 细
９
模样 占据 型腔 ， 消 失 模 的 充 型过 程 实 际 上是 高温 金 属液 体取代 泡沫 模样 的过 程 。而这 一过程 中极 为重要 的几个 参数 有 ： 真空度、 泡 沫模样 与金 属液
体 之 间的换热 系数 、 气 隙的大 小 、 泡沫模 样 的气化
率。
５ ； 气化 率 为 Ｇ Ａ Ｓ Ｆ Ｒ Ａ Ｃ， 默认 为 ０ ． １ 。其 中 ， 单 位
消失 模铸 造是一 种新型 的铸造方 式 。我国是 铸 造大 国 ， 许 多生产厂 家尤其是 冶金 、 矿山、 煤炭 、 建材等行业， 采 用 消 失模 铸 造 群 铸 生 产 磨球 、 衬 板、 锤 头等 耐 磨件 ， 在一 个 砂箱 内串 、 并联 很 多相 同或不 同 的消 失模 模 型 而进 行 一次 浇 注 成形 ， 其 生 产效 率和经 济效益 比传统砂 型铸造 高 。 近 年来 ， 随着计 算 机技 术 和有 限元 技术 的飞 速 发展 ， 基 于知 识 的成 形 铸造 工 艺模 拟 仿 真发 展 越来 越 成熟 。模 拟 仿 真 可保 证零 部 件 的 品质 、 优 化 过程设 计 、 缩 短研制 周期 ， 从而给铸 造工业 带来 效 益 。柳 百成 指 出采 用铸造过 程计算 机模 拟仿真
焊接热过程和冶金过程
２０ ２ ４ 铝 合 金 的 熔 化 热 对 熔 池 形 状 和 尺 寸 的 影 ０ ７０ ５
响 ［ ３ Ｋ ｐ ａ ．Ａ．…／ Ａ Ｔｍ Ｔ Ｂｐａ－０ ４ 俄 ／ ａｘ Ｈ Ｂ ／ ＢＯ ．ｃａＫ．２ ０ ，
该 校 正 方 法 的 准 确 性 。利 用 数 值 模 拟 方 法 模 拟 整 体 温 度 场 。 试 验结 果 表 明 ， 温 校 正 可 准 确 校 正 试件 表 实 面 状 态 一 致 区 域 的温 度 场 ， 表 面校 正 可 消 除 试 件 表 而 面 状 态 改 变 而 引起 的对 温 度 场 分 布 的 影 响 ， 合 实 温 结 与表 面校 正 方 法 能 准 确地 校 正 镁 合 金 激 光 一 Ｇ 复 合 ＴＩ
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形 貌 的 被 动 光视 觉 技 术 ， 取 了 清 晰 的 基 值 电 流期 间 获
效 的 参考 依 据 。图 ９表 ２参 ３
熔 池 图 像 。熔 池 的 三 维 信 息 ， 其 是 熔 池 高 度 ， 仅 尤 不
是 需 要 直 接 控 制 的 对 象 ， 且 是 反 映 熔 透 的 重 要 信 而 ２ ０ ２ ４ 镀 锌 板 激 光 钎 焊 温 度 场 的 数 值 模 拟／ ０ ７０ ３ 封 小松 …／ 金 属 学 报 ．２ ０ ， ２ ８ ．８ ２ ８ ／ － ０ ６ ４ （ ） － ８ ～８ ６
好 。图 ３表 １ １ 参 ２
２ ０ ２ ４ 热 模 拟 ２ ０ Ｄｓ ０ ７０ ４ ２ ５ ｓ焊 接 ＨＡＺ 的 点 蚀 实 验
研 究／ 建 勋 …／ 材料 工 程 ．２０ ，８ ．２ ￣３ 张 ／ －０ ６ （ ）一８ ２ 采用热模拟法 模拟焊 接热 过程 ， 究 了 ２０ 研 ２ ５双
基于Flow-3D尾矿库漫顶溃坝过程数值模拟
基于Flow-3D尾矿库漫顶溃坝过程数值模拟
黄泰宇;王光进;王孟来;蓝蓉;刘明生
【期刊名称】《有色金属工程》
【年(卷),期】2024(14)1
【摘要】尾矿库是一个具有高势能的危险源,一旦发生溃坝,将对下游居民的生命财产造成严重威胁。
为了提高尾矿库溃坝灾害预测与应急保障能力,以某尾矿库为工
程背景,开展尾矿库溃坝的室内模型实验,并结合Flow-3D数值仿真技术对尾矿库漫顶溃坝后尾砂流的演进过程进行深入研究。
将室内模型实验和数值模拟结果相互对比,溃坝过程基本吻合,验证了较小缩比尺模型实验的准确性以及数值模拟的可靠性。
数值模拟研究结果表明:溃水的淹没高度和断面流量随溃坝时间的变化整体表现为
前期快速增长及后期的较缓下降,且随着演进距离的增加,淹没高度和断面流量峰值
都明显降低;下游地形影响溃坝尾砂流的流速和演进方向,溃坝尾砂流在下游弯道处
出现“爬高”现象,弯道两岸淹没高度不同,弯道凹岸淹没高度高于另一侧;沟谷与河道的连接处,溃水向河道上下游两边扩散,在河道入口处形成“冲积扇”堵塞河道。
【总页数】11页(P119-129)
【作者】黄泰宇;王光进;王孟来;蓝蓉;刘明生
【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院;云南磷化集团有限公司;昆明有色冶
金设计研究院股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD926.4
【相关文献】
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2.尾矿库漫顶溃坝机理与溃坝过程数值模拟
3.基于动态模拟的尾矿库漫顶溃坝模型分析
4.考虑调洪的一维漫顶不溃与漫顶溃坝过程模拟
5.土石坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟(英文)
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大圆坯连铸凝固传热过程的数值模拟
表 １ 大圆坯连铸机基本参数
项目单位 ／
铸 机 基 本 半径 ／ ｍ
１ 铸坯 中心： ） 为轴对称传热，可视为绝热边界 条件 ，
即
技术参数
１ ６
一 ｌ．００ ｆ： ｒ＞ － 刮 ０
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【 （ ８ Ｊ ）
（ ９ ）
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铸坯断面直 径／ ｍ ｍ
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（． ｉ ｇｕＳｎ ｎＥ ｕｐ ｎ ｏ ｐ ｈ ｎ ｓｕ ２ ５ ０ ， ｈｎ ； １ Ｊ ｎ ｓ ｕ ａ ｑ ｉｍｅ ｔ ｕ ，Ｃ ａｇｈ １５ ０ Ｃ ｉａ ａ Ｇｒ ２ Ｎａ ｏ ａＥ ｇｎ ｅ ｎ ｅｅｒｈＣ ｎｅ ｒｒｎ Ｓｅｌ ａｉｇＰａｔｎｅｒｔ ｎ Ｃ ｏ ｇｉｇ ４ ０ １ ，Ｃ ｉａ ． ｔ ｎ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ｓａ ｅｔｒｏ ｏ ＆ ｔｅＭ ｋｎ ｌ ｔｇａｏ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ３ ｈｎ ） ｉ ｉ Ｒ ｃ ｆ Ｉ ｎＩ ｉ
焊接温度场和应力场的数值模拟
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沈阳工业大学硕士学位论文焊接温度场和应力场的数值模拟姓名：王长利申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：董晓强 20050310沈阳工业大学硕士学位论文摘要焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。
焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。
一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。
本文在总结前人的工作基础上系统地论述了焊接过程的有限元分析理论，并结合数值计算的方法，对焊接过程产生的温度场、应力场进行了实时动态模拟研究，提出了基于ＡＮＳＹＳ软件为平台的焊接温度场和应力场的模拟分析方法，并针对平板堆焊问题进行了实例计算，而且计算结果与传统结果和理论值相吻合。
本文研究的主要内容包括：在计算过程中材料性能随温度变化而变化，属于材料非线性问题；选用高斯函数分布的热源模型，利用函数功能实现热源的移动。
建立了焊接瞬态温度分布数学模型，解决了焊接热源移动的数学模拟问题；通过改变单元属性的方法，解决材料的熔化、凝固问题；对焊缝金属的熔化和凝固进行了有效模拟，解决了进行热应力计算收敛困难或不收敛的问题；对焊接过程产生的应力进行了实时动态模拟，利用本文模拟分析方法，可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测。
本文建立了可行的三维焊接温度场、应力场的动态模拟分析方法，为优化焊接结构工艺和焊接规范参数，提供了理论依据和指导。
关键词：焊接，数值模拟，有限元，温度场，应力场沈阳工业大学硕士学位论文ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄＡｂｓｔｒａｃｔＷｅｌｄｉｎｇｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａ／ｐｒｏｃｅｓｓｗｌｆｉｅｈｉｎｖｏｌｖｅｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ，Ｍａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ，ｍｅｔａｌｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｐｈａｓｅ?ｃｈａｎｇｅｗｅｌｄｉｎｇＳＯｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｏｎ，Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｈｉｇｈｑｕａｆｉｔｙｗｅｌｄｉｎｇｓｔｍｃｔｔｌｒｅ，ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｔｏｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｉｆｃａｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅｂｅｓｔｄｅｓｉｇｎ，ｐｍｃｅｄｕｒｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＢａｓｅｄＯｉｌｓｕｍｍｉｎｇｕｐｏｔｈｅｒ’Ｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｅｍｐｌｏｙｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌ删ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅ３Ｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｎｕｓｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｏａｒｄｓｕｒｆａｃｉｎｇｂｙＦＥＭｓｏｆｔＡＮＳＹＳ．Ａｔｔｈｅｔｈｅｏｒｙｒｅｓｕｌｔ．ｓａｍｅｔｉｍｅ．ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｃｃｏｒｄｓｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔａｎｄＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐａｐｅｒａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｍａｔｅｒｉａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｈａｎｇｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＧａｕｓｓａｓｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃｈｏｏｓｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｍｏｄｅｌ．ｕｓｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｍａｎｄｔｏａｐｐｌｙｌｏａｄｏｆｍｏｖｉｎｇｈｅａｔＳ０１２Ｉｅ－２．ＡｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗｅｌｄｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍｏｖｉｎｇｏｆｔｈｅｈｅａｔｓｏＢｒｃｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｅｓｈｓｉｚｅ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａ比ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｆｕｓｉｏｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｂｅｅｎｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｒｔｈｅｕｎ—ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｌＴｅｓｓｉｓｓｏｌｖｅｄ；ｔｈｒｏｕｇｈｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌＳｌｌ℃ＳＳｉｎｗｅｌｄｉｎｇｃａｎｂｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｆｅａｓｉｂｌｅｓｌＩｅｓｓｄｙｎ黜ｆｉｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｎ３Ｄｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｏｎｆｉｅｌｄｈａｄｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤ：Ｗｅｌｄｉｎｇ，ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，Ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ．２．独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
冶金工程书籍
冶金工程书籍第一本：《钢铁制造中的物理冶金学》这本书由美国南卡罗来纳大学的John P. Huges和North Dakota State University的John T. Patton所著，于2007年出版。
这本书主要介绍了钢铁制造中的物理冶金学，内容涉及到钢铁材料的性能、制备和加工等方面。
与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重物理冶金学的原理和应用，深入浅出地阐述了钢铁制造中的各种工艺原理和实践经验。
此外，这本书的另一个特点是提供了大量的图表和数据，使读者能够更好地理解并掌握相关知识点。
第二本：《金属材料制备高效成形过程的数值模拟与智能化研究》这本书由北京科技大学钢铁共性技术中心的黄道琼、左汝林、李全文等人所著，于2010年出版。
这本书主要介绍了金属材料制备高效成形过程的数值模拟与智能化研究，内容涉及到各种金属材料的制备工艺、成形过程以及计算机模拟等方面。
与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重智能化研究的方法和技术，同时也更加系统和深入地介绍了计算机模拟在冶金学领域的应用。
此外，这本书还涉及到许多先进的金属材料制备技术，例如高强度钢的制备和应用、金属基复合材料的制备和性能等。
第三本：《材料成形工艺基础》这本书由哈尔滨工业大学的陈国清所著，于2013年出版。
这本书主要介绍了材料成形工艺基础，内容涉及到各种材料的制备工艺、成形过程以及加工方法等方面。
与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重材料成形工艺的实践和应用，全面系统地介绍了各种材料的制备、加工和成形工艺的原理和实践经验。
此外，这本书还通过大量的图表和数据以及实例分析，使读者能够更好地理解并掌握相关知识点。
第四本：《高性能金属材料及其制备技术》这本书由北京科技大学钢铁共性技术中心的李勇等人所著，于2014年出版。
这本书主要介绍了高性能金属材料及其制备技术，内容涉及到各种高性能金属材料的制备工艺、组织和性能等方面。
与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重各种高性能金属材料的制备工艺和组织性能的介绍和分析，同时也更加系统和深入地介绍了各种先进的金属材料制备技术。
焊接热过程和冶金过程
２ １ １３ 电阻 点 焊 电 磁 环 境 的 仿真 ／ 世 莹 … ／ 电 ００００ 王 ／
焊 机 ．２ ０ ，９ ６ ：３ ５ ６ 一０９ ３ （） ６ ￣６ ，９
针对电阻点焊过程 电磁环境 ， 提出以数 值计算 方 法为基础的电磁环境 仿 真方 法。根据 点焊 过 程 电磁 场的特点以及 电磁场 曝露安全评估方法 ， 择适 当的 选 建模方案， 利用 ＡＮＳ Ｓ电磁场分析 软件对 点 焊机 电 Ｙ
算 了 补疤 焊 缝 Ｕ 形 和类 裂 纹 二 类 缺 陷 深 度 对 泄 漏 压 力 的影 响 ， 后 得 到 了 该 管 道 二 类 缺 陷 的 极 限 深 度 。 最 图ｌ ２表 ２ ２ 参
度场的可控制性 ， 并提高了模拟温 度场在模型 宽度和
厚 度方 向与 实 际焊 接 温 度 场 的 一 致 性 。通 过 铝 合 金
管 ．２ ０ ，２ ７ ：２ ２ 一０ ９ ３ （ ） ２ ～ ５
效算法／ 鄢东洋…／焊接学报．２ ０ ，０ ８ ：７ ０ ／ 一０ ９ ３ （ ） ７ ￣８ 对焊接数 值模 拟中的各种加 速计 算方法进 行 了 细致研究 ， 并在分段热源法 的基 础上 ， 出了 温度 函 提 数法 。和分 段热源法相比较 ， 温度 函数法将焊 接数值
模 拟 中 的控 制 变 量 由热 量 转 变 为 温 度 ， 加 了焊 接 温 增
用 三 维 弹 塑 性 有 限 元 法 对 油 气 管 道 补 焊 强 度 进 行 了 模拟 分 析 和 计 算 ， 将 计算 结 果 与 实 际 水 压 爆 破 并
试 验结果进行 了 比较 ， 二者 差值小 于 ｌ 。模 拟 计 Ｏ
电弧的运动行 为 ， 研究励磁 电流大小对 弧高 的影 响规 律 ； 验结果 表 明 ： 试 当励 磁 频率 不变 时 ， 磁 电流 越 励 大， 电弧旋转 半径 越 大 ， 高 降低 ； 弧 当励 磁 电流 不 变 时， 励磁频率越大 ， 电弧旋转半径越小 ， 高降低 。图 弧
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上海大学——冶金工程专业本科生课程 吴永全
本科生课程——冶金过程数值模拟
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本科生课程——冶金过程数值模拟
18602106356
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冶金数值—— 授课内容
授课内容
绪论 数学描述 数值求解方法 冶金过程数值模拟
高转 炉 连 计
其
炉炉 外 铸 算
它
炼炼 钢 过 流
兴
铁钢 包 程 体
趣
过过 数 数 力
程程 值 值 学
数数 模 模
值值 拟 拟
模模
拟拟
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冶金数值—— 绪论—— 目录
本科生课程——冶金过程数值模拟
冶金过程数值模拟 Numerical Modelling of Metallurgical Processing
主讲：吴永全
上海大学，材料科学与工程学院，材料 工程系，冶金工程教研室
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本科生课程——冶金过程数值模拟
1
基本概念
2
数学模型的分类
3
数学模型建立方法和步骤
4
数学模型的作用与意义
5
举例说明
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
冶金
冶炼金属
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
钢铁冶金流程简介 原材料处理
冶炼金属
数学模型
物
Mathematical model
理
实际生产过程中的
一质个处相理对单独 元立。的物Mathem数at学ica模l m拟odelling
模 拟
数值模拟
Numerical modelling
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冶金数值—— 绪论—— 目录
1
基本概念
2
数学模型的分类
和控制。
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冶金数值—— 绪论—— 数学模型的分类
数 学 按过程状 模 态区分 型
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静态模型
Static model
动态模型
钢铁冶金流程简介 原材料处理 高炉炼铁
转炉或电炉炼钢 连铸 连轧
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……
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
钢铁冶金流程简介 原材料处理 高炉炼铁
转炉或电炉炼钢 连铸 连轧
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……
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
舍克里等著、蔡开科译，金属初级加工过程的数 学和物理模型，冶金工业出版社，1992
萧泽强，朱苗勇著，冶金过程数值模拟分析技术 的应用，冶金工业出版社，2019
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冶金数值—— 绪论—— 先选课程
《冶金物理化学》 《钢铁冶金原理》
《流体力学》 《数值分析》 《计算机编程》
高炉炼铁
steelcool/
转炉或电炉炼钢
连铸
连轧
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
钢铁冶金流程简介 原材料处理 高炉炼铁
转炉或电炉炼钢 连铸 连轧
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
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本科生课程——冶金过程数值模拟
1. 理解第一位——概念的理解是学习过程的关键之关键， 能够达到举一反三的理解才算真正到位； 2. 应用既是过程也是目的——知识的应用是巩固学成的过 程，也是最终学成的目的；
3. 自学是大学学习的本质特征——训练和强化自学能力是 大学生涯最根本的任务，但事实是大部分学生到研究生阶
钢铁冶金流程简介 原材料处理 高炉炼铁
转炉或电炉炼钢 连铸 连轧
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
钢铁冶金流程简介 原材料处理 高炉炼铁
转炉或电炉炼钢 连铸 连轧
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冶金数值—— 绪论—— 基本概念
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冶金数值—— 授课内容
授课内容
绪论 数学描述 数值求解方法
3学时 6学时 6学时
导 对 流
热 流 场
问 与 计
另外加上6学时
题 扩 算 数 散 简
的课外计算机实
值 模
数 介 值
验学时。
拟模
拟
冶金过程数值模拟
15学时
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段仍然没有好的自学能力和自学习惯，请记住：从现在 开始系统培养自己的自学能力还为时未晚；
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冶金数值—— 绪论—— 参考书目
张玉柱、艾立群编著，钢铁冶金过程的数学解析 与模拟，冶金工业出版社，2019
陈建斌编著，冶金过程数值模拟基础，冶金工业
出版社，2019
钢铁冶金流程简介 原材料处理 高炉炼铁
转炉或电炉炼钢 连铸 连轧
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……
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冶金数值—— 绪论Байду номын сангаас— 基本概念
冶金 过程 数值模拟
用数学语 言描述实 际通现 过象数学 模型对实 际现象的 描述和求 解，实现 对实际过 需程要的计数算学 机再进现行数 值求解的 数20学19/8模/4 拟
3
数学模型建立方法和步骤
4
数学模型的作用与意义
5
举例说明
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冶金数值—— 绪论—— 数学模型的分类
数 学 研究对象的 模 认识程度 型
白箱模型 灰箱模型 黑箱模型
又称机理模型，
根据物理或化 学对以内物的部理基本性和原质化和学理 建过定立程律的完为模全基型无础。知，， 依只同据能时冶对包含金输一热入力和定 学输的、出经动的验力对假学应定、关或 三系参传进数、行的应统模变计型等回，， 建归又，称立是半常微经经分验验或模模 偏型型微，，分主冶方要金程有过人程 （工复组神杂）经，，网因相络素应、多， 初专且始家形条系状件统复和、杂边遗多 界传变算，条法因件，、此进模实糊际行 数控冶值金制求过等，解程主。大多要 用属于于过这程种调模节型。