论文题目: 连续铸轧流变界面热行为研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 胡仕成
导师: 钟掘
关键词: 铸轧,界面,接触热导,热脉冲法,仿真
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文以铝连续铸轧过程为对象系统分析了金属[液—固]、[固—固]界面接触热导的产生机理,以界面热流中的电子、声子行为为基本依据,对影响实际接触界面传热的主要因素进行了分析,探讨了不同表面氧化膜厚度下的界面传热机制;分析了铸轧工作界面传热的特点,推导了接触热导的计算模型;用热脉冲法实现了塑性变形下的接触热导测试,实验研究了压力、界面介质与氧化膜对热导的影响;建立了铸轧过程温度场和轧制力的仿真模型,对铸轧过程的工艺规律进行了仿真分析。 研究工作主要包括如下几个部分: 1.运用固体物理学的金属电子理论结合金属准原子模型,建立了基于能量载子的金属实际接触区接触热导计算模型,定量分析了界面温度、氧化膜厚度与势垒高度、费米能及配副材料声学失谐对接触热导的影响,探讨了不同氧化膜厚度下的微观传热机制。 2.分析了铸轧过程凝固界面接触热导的影响因素,提出了固相率的计算模型,从铸轧实际生产过程热平衡与传导的宏观参数,获得铸轧界面接触热导的统计值。 3.分析了在材料发生屈服变形条件下,影响界面实际接触面积的主要因素,得到了轧制界面接触热导的理论模型。 4.实验研究了X合金材料不同厚度表面氧化层的接触热导,分析了影响X合金表面氧化膜厚度的主要因素;通过自制夹具,实现了用激光热导仪测试试件发生塑性变形条件下的接触热导,研究了界面介质、氧化膜、粗糙度及接触压力对接触热导的影响,建立了塑性变形下的接触热导实验研究模型。 5.建立了铸轧过程温度场和轧制力的计算模型,编写了计算程序,对国内两种铸轧机进行了实例分析,通过与现场测试数据的对比分析,验证了计算程序和边界条件的可靠性。 本论文的研究工作,可以为铸轧机设计、铸轧工艺控制和铸轧过程工程热物理规律的技术实现提供理论参考,期望对铝装备技术的发展有所稗益。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 课题的来源及研究目的
1.2 接触热阻研究现状
1.2.1 接触热阻物理行为的研究
1.2.2 接触热阻模型
1.2.3 接触热阻影响因素的研究
1.2.4 接触热阻实验研究
1.3 本论文研究内容
第二章 固态界面传热的微观机理与分析
2.1 固态金属接触界面传热机制的理论基础
2.1.1 电子传热
2.1.2 声子传热
2.2 实际接触界面热传导规律的仿真研究
2.4 本章小结
第三章 轧制界面接触热导理论模型
3.1 基体无形变的接触分析
3.1.1 单点接触分析
3.1.2 两粗糙表面的实际接触面积
3.2 轧制界面实际接触面积模型
3.2.1 己有的变形分析理论
3.2.2 实际接触面积影响因素分析
3.2.3 轧制界面实际接触面积模型
3.3 轧制界面接触热导
3.4 本章小结
第四章 塑性变形下的接触热导实验
4.1 实验方法
4.1.1 接触热导的测量
4.1.2 实验系统
4.2 实验结果与分析
4.2.1 介质对接触热导的影响
4.2.2 氧化膜及表面粗糙度对热导的影响
4.2.3 压力对接触热导的影响
4.3 本章小结
第五章 快凝铸轧凝固区接触热导分析
5.1 凝固区界面传热特点
5.2 液态金属与辊套表面接触传热分析
5.3 凝固区接触热导
5.3.1 固液相体积自由烩差
5.3.2 固液界面自由能
5.3.3 凝固区界面接触热导
5.4 本章小结
第六章 铸轧过程温度场仿真
6.1 铸轧过程传热模型
6.1.1 基本传热方程
6.1.2 边界条件
6.1.3 凝固潜热的处理
6.2 轧制力计算
6.3 数值分析实例
6.3.1 基本参数
6.3.2 数值分析结果
6.4 温度和轧制力测试
6.5 不同接触热导的对比计算
6.6 本章小结
第七章 全文总结
参考文献
致谢
博士期间发表的论文及参加的科研项目
发布时间: 2006-03-28
参考文献
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