镁合金/金属模具界面换热研究及其热物性数据库开发

论文摘要

铸造过程的数值模拟仿真技术是铸造学科发展的前沿领域,是改造传统铸造产业的必由之路,它可以优化铸造工艺设计,确保铸件质量,缩短试制周期,降低生产成本,而材料物性参数及边界条件的处理是数值模拟仿真技术的直接依据,对模拟结果的准确性和可靠性起决定性作用。同时,铸造过程模拟仿真涉及的材料种类多样、材料性能广泛,导致对材料性能参数数据管理极为不便。镁合金是一种绿色优质工程材料,由于其与铸型的界面换热特性没有得到很好的研究,使得铸造过程数值模拟仿真技术在镁合金铸造领域没有发挥应有的作用。由于铸件/铸型界面换热条件对铸造过程数值模拟仿真的结果影响很大,所以本文在对铸件/铸型界面换热机理进行分析的基础上,重点对其作了实验研究,并研究开发了镁合金热物性数据库。本文通过运用传热学相关理论,建立了用来研究铸件与金属铸型界面换热特性及界面电学特性的通用实验装置,并利用该装置在稳态传热下,对镁合金铸件与金属型界面之间的换热特性及界面电特性进行了实验研究,测得铸件在凝固过程中不同温度下与金属铸型间的界面换热系数,实验研究还发现界面换热系数同界面电阻之间存在一定的对应关系,为研究铸件/铸型界面换热系数提供了一个新的思路。在铸件充型和凝固过程中,影响传热和流动的因素很多,但从根本上来说都是与它们的热物性参数是分不开的。由于热物性数据种类繁多,给材料参数数据的管理带来了很大不便,同时一个完善的铸件凝固分析系统也需要有一个功能较强的热物性参数数据库系统来支持。在本文的最后一章,利用Visual Basic 6.0作为前端开发平台,Access 2003作为后台数据库,研究并开发了功能比较完善的镁合金热物性参数数据库,并对其主要功能设计及实现作了简要介绍。该数据库为管理镁合金热物性参数提供了便捷,并可以作为铸造CAE软件的一个子模块加以调用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景和研究意义
• 1.1.1 本课题的研究背景
• 1.1.2 本课题的研究意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 铸件/铸型界面换热的研究概况及测试方法
• 1.2.2 镁合金热物性数据库的发展现状
• 1.3 本文研究的目的和研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 传热学理论及研究方法
• 2.1 传热学基本概念
• 2.1.1 传热的基本方式及其传热机理
• 2.1.2 热流、热流密度、传热系数和热阻
• 2.2 导热微分方程的建立
• 2.3 导热问题的单值性条件
• 2.3.1 几何条件
• 2.3.2 物理条件
• 2.3.3 时间条件
• 2.3.4 边界条件
• 2.3.5 铸件凝固过程中边界条件的处理
• 2.4 传热学研究的主要方法
• 2.4.1 分析求解方法
• 2.4.2 数值求解方法
• 2.4.3 实验求解方法
• 2.4.4 比拟（类比）方法
• 2.5 相似理论在传热学实验研究中的应用
• 2.5.1 相似三定理
• 2.5.2 温度场与电场的相似性
• 2.5.3 相似理论在对流换热实验研究中的应用
• 2.6 本章小结
• 3 铸件/铸型界面换热的理论分析
• 3.1 铸件与铸型的换热特点
• 3.2 铸件/铸型界面换热的组成与分析
• 3.2.1 接触热阻
• 3.2.2 界面间隙的形成
• 3.2.3 界面传热分析
• 3.3 影响铸件/铸型界面换热的因素
• 3.4 本章小结
• 4 镁合金铸件/铸型界面换热的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原理
• 4.3 实验装置设计
• 4.3.1 实验装置设计思路
• 4.3.2 实验理论数据的计算
• 4.3.3 实验用主要材料及设备
• 4.3.4 实验装置示意图
• 4.4 实验测试过程
• 4.4.1 镁合金的熔炼
• 4.4.2 实验数据的测量及记录
• 4.5 实验数据处理与分析
• 4.5.1 实验稳态数据
• 4.5.2 实验数据的处理与分析
• 4.5.3 实验误差分析
• 4.6 本章小结
• 5 镁合金热物性数据库的开发
• 5.1 引言
• 5.2 开发镁合金热物性数据库的软件环境
• 5.2.1 Visual Basic 6.0 开发平台
• 5.2.2 Access 数据库系统
• 5.3 镁合金热物性数据库的开发流程
• 5.3.1 系统需求分析
• 5.3.2 数据库的概念设计
• 5.3.3 数据库的逻辑设计
• 5.3.4 数据库的实施与维护
• 5.4 数据库系统的功能设计及实现
• 5.4.1 系统登录模块的设计
• 5.4.2 系统主界面的设计
• 5.4.3 数据信息管理功能模块的设计
• 5.4.4 数据报表打印功能模块的设计
• 5.4.5 系统维护功能模块的设计
• 5.4.6 系统管理功能模块的实现
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录