Численное моделирование температурных полей при затвердевании тел сложной формы

• Автор: Шхалиев, Рафаел Нусрат оглы
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Баку
• Количество страниц: 234 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Основные условные обозначения

ГЛАВА I. КРАТКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ. ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВ СВ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Модели теплового состояния при затвердевании

металлов и сплавов.

1.2 Методы решения задач затвердевания.

1.3 Метод сеток

1.4 Решение задач затвердевания на АВМ.

1.5 Обратные задачи теплопроводности и методы их

решения
Выводы по главе I
ГЛАВА П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
2.1 Методика измерений.
а Измерение теплопроводности
б Измерение теплоемкости
в Измерение температуропроводности
2.2 Обсуждение экспериментальных результатов. .
а Исследование коэффициента теплопроводности .
б Исследование теплоемкости
в Исследование температуропроводности
2.3 Определение теплофизических характеристик стали
ХГСЛ при высоких температурах методом подбора
стр.
ГЛАВА Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ОТЛИВОК СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОМЫ ЭДЕКТРШОДЕЛИРОВАНИЕМ
3.1 Назначение и способы изготовления шарошки трехшарошечкого долота и корпуса превентера
3.2 Исследование температурного поля шарошки трехшарошечного бурового долота .
3.3 Анализ полученных результатов .
3.4 Исследование температурного поля корпуса превентера
Выводы по главе Ш.
ГЛАВА Г.ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ
ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОТЛИВОК.
4.1 Исследование кристаллизации отливок из тугоплавких металлов.
4.2 Физическая и математическая постановки задач кристаллизации тугоплавких металлов .
4.3 Анализ результатов математического моделирования задач кристаллизации тугоплавких металлов .
4.4 Применение метода подбора для оптимизации процесса електрошлакового литья.
Выводы по главе У
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
Литература


Процесс формирования отливки является синтезом разнородных явлений - гидродинамических, физико-химических, тепловых, фильтрационных, усадочных, деформационных и др. Так как основ -ные свойства отливки формируются в процессе затвердевания, то он занимает центральное место в теории формирования отливки. Пере -ход сплава из жидкого в твердое состояние сопровождается двумя процессами: кристаллизацией и затвердеванием. В процессе кристаллизации из расплава образуются отдельные кристаллы и кристаллические зоны, формируются структуры отливки, а процесс затвердева -ния связан с динамикой увеличения количества твердой фазы и уменьшения объема жидкой фазы в различных частях отливки. При затвердевании расплава в форме образуется много дефектов (химическая неоднородность, усадочные раковины и рыхлота, пористость, горячие трещины и т. Отметим, что затвердевание расплава в первом приближении вообще рассматривают только на тепловом уровне, во втором приближении - на теплокинетическом. При обычном феноменологическом подходе к задачам затвердевания следует их рассматривать не только как обычные простые задачи теплопроводности, но и как совместные и сопряженные задачи тепло- и маесопереноса, термомеханики (упругость, пластичность, деформации), гидродинамики и т. Чисто тепловые задачи, когда математические модели задачи затвердевания (ММЗЗ) имеют вид модели нелинейной задачи нестационарной теплопроводности; ММЗЗ с учетом диффузии; ММЗЗ с учетом гидродинамики жидкой и двухфазной зоны; ММЗЗ с учетом гидродинамики и диффузии; №. Несмотря на многообразие процессов заг^рдевания, все они в той или иной степени связаны с тепловыми ре,лЯами. Условия теплового режима определяются уровнем абсолютных температур и перепадами температур во времени и в пространстве. Если соответствующие эксперименты дадут сведения об оптимальных значениях теше -ратуры и перепадов температур, то выбором теплового режима можно обеспечить получение качественной отливки. Таким образом, исследование условий формирования отливки во всей их сложности можно заменять исследованием тепловой стороны процесса, которую известные математические модели описывают достаточно адекватно реаль -ным условиям / 3 /. I) задачи, где теплота кристаллизации и выделяется при одной температуре Ти . Эти задачи обычно называют задачами Стефана. С VI,* О) - двухфазной зхше. Гп-то = -х^п . К = 1,2,. П ; п. Г - граница (поверхность) тела. В задачах стефановского типа в (. В результате отвода тепла от расплава в форму образуется твердая корка и со временем увеличивается количество твердой фазы, соответственно уменьшается количество жидкой фазы. Необходимость определения размеров и формы, занятой новой фазой, обусловливает нелинейность задачи и требует привлечения специальных приемов для ее решения. В / 3,6,,,9 / приводятся примеры решения задач типа Стефана, а в работах / ,,,,,9,9,6,«,3,7,4-6,2,5,7 / для решения задачи стефановского типа применены различные приближенные аналитические методы. Так как процессы форлирования структуры литого металла протекают именно в двухфазной зоне, исследование этой зоны представляет значительный интерес. При решении таких задач моделированием в граничных условиях (1. В задачах затвердевания определяется следующим образом / ,1. V = ус > и*? Оу УтЕ. Отсада следует, что для решения поставленной задачи необ -ходимо определить количество твердой фазы. В зависимости от ме -тода определения количества твердой фазы задачи затвердевания делят на квазиравновесную и неравновесную модели / ,,1 /. Суз = 0 (1. ГСУ*(. В случае бинарных сплавов, если линии ликвидус и солидус выражены аналитическими функциями 1-? Используя (1. Г,4 /. Вторая модификация квазирэвновесной модели затвердевания основана на концепции устойчивости двухфазной зоны. Эта модель развита в работах В. Т.Борисова / , /. В работе / / показана возможность неучета диффузионного переохлаждения при теоретическом описании процесса затвердевания. Иными словами, это соответствует тому, что внутри двух -фазной зоны в каждом физически малом элементе концентрация жидкости и температура связаны условием равновесия, т. Т(, = | (Лнс) .