论文题目: 铝合金连续铸轧过程流变行为研究及热—力耦合分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 湛利华
导师: 钟掘
关键词: 铝铸轧,流变行为,物理模拟,本构模型,热力耦合
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 双辊铸轧工艺是将快速凝固和变形结合在一起的技术。近年来,由于提高铸轧速度和减薄铸坯厚度具有降低能耗、提高效率和获得良好的带坯力学性能等优点而引起了众多研究者的关注。然而由于铸轧速度的提高和带坯厚度的减薄,铸轧区内金属的流变行为被强化,尤其是对于厚度为2mm量级的带坯,高温固—固流变更为突出,在液—固临界点迅速进入强力轧制,对于这种状态的铸轧区金属流变本构关系的研究几乎还是空白,其间带坯的热力学行为亦难以用传统的规律来分析。为了能准确认识快速铸轧中的一些新现象和建立铝带坯生产过程中最优工艺系统,对极为强化的铸轧过程流变行为基本规律的研究已是十分迫切的需要。 本文结合国家计委产业化前期关键技术与成套装备研制开发项目《铝及铝合金铸轧新技术与设备研制开发》及国家重大基础研究发展规划（“973”项目）《提高铝材质量的基础研究》的子项“瞬态凝固连续大变形能量转换与组织形成多重耦合机理”,对连续铸轧过程材料在瞬态凝固、连续轧制成形过程中的流变行为进行研究,并在此基础上进行热力耦合连续铸轧过程仿真分析。主要包括以下内容: （1）研制了一套与Gleeble-1500热/力模拟机配套的实验装置进行常规与快速铸轧过程的物理模拟实验研究,分别在10-2—10秒的范围内完成了金属从凝固到流变成形的全过程。同时,对铝合金在液固相变与热形变过程中的流变行为及其影响因素进行了系列的实验研究,获得了铝合金在这一特定过程中组织结构的变化情况。 （2）根据铝合金连续铸轧过程的变形特点,对比分析各种已有的铝合金半固态、固态高温本构模型,基于热力学理论,研究了铝合金铸轧过程中流变应力与变形温度、应变速率和应变等的相互关系,建立了相应的流变本构模型;运用多元线性回归分析方法确定了依赖于温度、应变速率等的本构模型参数,建立了适用于连续铸轧这一特定工况条件下的铝合金流变本构方程,并将其应用于铸轧过程的仿真分析之中,与实验结果进行了比较,证明了所建立的本构模型表达了其真实的流变规律。 （3）基于传热学和有限元基本理论,建立了凝固过程铸坯与轧
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源、研究目的及意义
1.2 传统连续铸轧技术的发展与快速铸轧技术的开发
1.2.1 双辊连续铸轧技术的发展历史及现状
1.2.2 快速铸轧技术的开发
1.3 铝合金连续铸轧过程流变行为研究概况
1.3.1 铝合金高温变形行为研究概况
1.3.2 铝合金连续铸轧过程流变行为及显微组织研究
1.3.3 铝合金连续铸轧过程流变本构方程研究概况
1.4 连续铸轧过程的数学物理模拟研究概况
1.4.1 连续铸轧过程的物理模拟研究概况
1.4.2 连续铸轧过程的数值模拟研究概况
1.5 本论文的主要研究内容
1.6 本章小结
第二章 铝合金连续铸轧过程物理模拟实验研究
2.1 实验设计
2.2 实验方法与条件
2.2.1 实验方法
2.2.2 试样的制备
2.2.3 连续铸轧过程物理模拟实验研究
2.2.4 热加工过程物理模拟实验研究
2.2.5 实验流程图
2.3 实验数据处理
2.3.1 修正摩擦的影响
2.3.2 修正变形温度的影响
2.3.3 修正变形速度的影响
2.4 实验结果与分析
2.4.1 连续铸轧过程的物理模拟实验结果与分析
2.4.2 材料高温压缩流变行为的实验结果与分析
2.4.3 铝合金高温压缩实验与连续铸轧过程物理模拟实验结果对比
2.5 本章小结
第三章 铝合金连续铸轧过程流变本构模型
3.1 材料高温流变本构模型研究的基本理论与分析
3.1.1 材料高温流变本构模型研究的基本理论
3.1.2 材料高温变形流变应力与其影响因素的经验关系
3.1.3 固态铝合金高温流变本构模型分析
3.1.4 固液共存态(半固态)铝合金流变本构模型分析
3.2 铝合金连续铸轧过程流变本构模型的建立
3.2.1 铝合金连续铸轧过程的变形特点
3.2.2 铝合金连续铸轧过程流变本构模型
3.3 模型计算结果与实验结果的对比分析
3.4 本章小结
第四章 铝合金连续铸轧过程温度场分析
4.1 热传导有限元基本理论
4.2 铸轧过程物理模型及影响温度场的因素
4.3 几点基本假设
4.4 几个关键问题的处理
4.4.1 辊套与铸坯界面接触热导的确定
4.4.2 凝固潜热的处理
4.5 连续铸轧过程温度场有限元模型及边界条件的建立
4.5.1 温度场有限元模型的建立
4.5.2 边界条件的确定
4.6 连续铸轧过程温度场有限元仿真分析
4.6.1 连续铸轧温度场有限元仿真模型
4.6.2 温度场分析主要工艺参数及仿真结果
4.6.3 不同工艺参数条件下铸坯温度场有限元分析
4.7 本章小结
第五章 铝合金热力耦合连续铸轧过程有限元分析
5.1 热力耦合连续铸轧过程有限元分析的特点
5.2 刚粘塑性有限元基本理论
5.2.1 刚粘塑性材料的基本方程
5.2.2 刚粘塑性有限元变分原理
5.2.3 刚粘塑性有限元基本方程
5.3 连续铸轧过程有限元数值模拟中一些特殊问题的处理
5.3.1 铸坯液芯的处理
5.3.2 不同温度区间计算单元的本构模型赋予
5.3.3 中性点的处理
5.3.4 摩擦条件的处理
5.3.5 收敛准则及其控制技术
5.3.6 连续铸轧过程接触问题的有限元处理
5.3.7 温度场与应力场耦合时参数传递之间的网格再划分技术
5.4 热力耦合连续铸轧过程有限元模拟的实现
5.4.1 热力耦合连续铸轧过程有限元分析模型
5.4.2 ANSYS软件热力耦合分析模块
5.4.3 热力耦合连续铸轧过程有限元分析技术
5.5 热力耦合连续铸轧过程有限元仿真模型与物性参数的确定
5.6 仿真结果及分析
5.7 热力耦合超薄快速铸轧过程仿真分析
5.8 不同工艺参数对连续铸轧过程轧制力能参数的影响规律研究
5.8.1 铸轧速度的影响
5.8.2 铸轧带坯出口厚度的影响
5.8.3 铸轧区长度的影响
5.8.4 浇注温度的影响
5.9 本章小结
第六章 铝合金连续铸轧过程实验研究
6.1 测试目的
6.2 成都铝箔厂FATA Hunter铸轧机生产线技术参数
6.3 参数测试方法与测试系统
6.4 测试条件、数据与分析
6.5 测试结果分析
6.6 华北铝厂超薄快速铸轧工业实验
6.7 实验测试结果与仿真结果的对比
6.8 本章小结
第七章 全文总结
参考文献
致谢
攻读学位期间主要的研究成果
发布时间: 2006-03-28
参考文献
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