ANSYS对离心复合轧辊凝固过程温度场仿真模拟
基于ANSYS软件二次开发的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟研究
第33卷第5期四川大学学报(工程科学版)V ol.33N o.5 2001年9月JOURNA L OF SICH UAN UNI VERSITY(E NGI NEERI NG SCIE NCE E DITI ON)Sept.2001 文章编号:100923087(2001)0520047204基于ANSY S软件二次开发的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟研究齐 慧,杨 屹,蒋玉明(四川大学制造科学与工程学院,四川成都610056)摘 要:对于ANSY S软件的通用性和缺乏专业针对性的特点。
采用ANSY S提供的二次开发工具开发了中文界面的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟系统,实现了模块界面简洁和易操作性的预期功能,并证实了以ANSY S为平台开发专业模块的可行性。
关键词:ANSY S;二次开发;充型过程;数值模拟中图分类号:TG702文献标识码:ADeveloping System of Numerical Simulation of Mold Filling B ased on ANSYSQI Hui,Y ANG Yi,JIANG Yu2ming(C ollege of M anu facturing Sci.and Eng.,S ichuau Univ.,Chengdu610065,China)Abstract:According to ANSY S’s features of universality and lack of speciality,a numerical simulation program for m odel2 ing filling process of casting is developed based on ANSY S.The program has terse interface in Chinese.The feasibility of developing special m odules is verified by the practical applications of the simulation system.K ey w ords:ANSY S;redevelop;m old filling;numerical simulation ANSY S软件是融热、电、磁、流体、结构、声学于一体的大型通用有限元分析软件。
基于ANSYS的中厚板轧制前板料温度场数值模拟
摘
要：温度是轧制过程 中的重要参数，采用常规方式难以测得板料 内部温度。本文利用有
限元软件Ａ Ｓ Ｓ 立了中厚板轧制前板料冷却过程的有限元模型 ，模 型参数化构建 ，适用范 围 ＮＹ 建
第四类 ：在边 界上给 定 辐射 条件 ：
收稿 日期 ：２ ０ ．５２ ０６０ ．３
板 料在 传送 辊上 的运 动 速 度 不 是很 高 ， 山移
作者简介：刘书强 （９９一 ） １７ ，男，山东莱芜人，潍坊学院机电工程学院硕士。
．
１ ７．
维普资讯
界上 Ｉ 热流 密度 。 ￡ Ｉ 勺 ．
图 １ ：板 料 经 过 高压 除磷 水 的 强 制 对 流
板 料 在 传 送 辊 上 运 动 时 ，在 除 磷 以 外 的 阶
段，热晕 的敞 失方式 主要是辐射 。在板料经过除
磷Ｉ＝ ，２Ｍｐ的 高压 除磷 水 以水幕 的 形式 喷射 到 又时 ０
／ ，
其 中： Ｔｘ 二， （，，， 一给定Ｉ边界上的温度， ） ￡ Ｉ 勺
这一温 度 可能 随空 问位 置和 时 问 的 同而变 化 。
第＿类：在边界上给定热流强度 ：
ｋ ： ， ２ ３ 警： （ ）（ ， ： ）
其 中：ｎ、 ｎ、ｎ 表 示 边 界 外 法问变 化 Ｉ边 ， ・） ｖ ￡ Ｉ 勺
换热 系数 。
本 模 参 数 化 设 定 板 料 初 始 尺 寸 （ ｍｍ）为
性。
表 面 和 四个 侧面 可 认 为相 同 ，采 用 同一 个埘 流 系 ２ ０ ７０× １０ ４ ０×２ ０，板 料 材 质 属 性 为 １Ｍｎ的 属 ２ ６ 为 了便 于 边 界 条 件 的施 加 ，采 用 等 效 转 化 的
ANSYS对离心复合轧辊凝固过程温度场仿真模拟
变、 热应力及接触热阻等问题的分析求解． 本文正是
应 用 Ａ Ｓ Ｓ热 分析 功 能对 离 心 复合 轧 辊 凝 固过 程 ＮＹ
温度场仿真模拟．
２ 离心复合轧辊工艺特点 ］
１ 有限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ
Ａ Ｓ Ｓ软 件 是 集 结 构 、 体 、 ＮＹ 流 电场 、 场 、 场 磁 声 分 析于一体 的大型 通 用有 限元 分 析软 件 ． 由美 国 它 Ａ Ｓ Ｓ公 司开 发 ， 能 够与 多 数 Ｃ Ｄ软 件接 口， ＮＹ 它 Ａ 实 现 数据 的共 享 和 交 换 ， 现 代 产 品设 计 中 的 高 级 是 Ｃ Ｄ工具 之一 ， Ａ 也是迄 今 为止 世 界范 围内惟 一 通过 Ｉ０ ０ １质量体 系认 证 的分析设 计类 软件 ． Ｓ ９０ Ａ Ｓ Ｓ热 分 析 功 能 ， 般 包 含 于 Ａ Ｓ Ｓ Ｍｕ— ＮＹ 一 Ｎ Ｙ／ ｌ
收 稿 日期 ：０ ８— ４—１ ２０ ０ ５
作者简介： 阳志武（９４ ， ２０ １７ 一） 男， ７年武汉科技大学机械控制工程专业硕士研究生毕业， ０ 工程师
３８
南 方 金 属 Ｓ Ｕ Ｈ Ｒ Ｔ Ｌ ０ Ｔ Ｅ ＮＭＥ Ａ Ｓ
２０ 第 ６ ０ ８年 期
Ａ Ｓ Ｓ Ｆ ０ Ｒ Ｎ不含相变热分析． Ｎ Ｙ Ｎ Ｙ／ Ｌ Ｔ Ａ Ａ Ｓ Ｓ热分析
基 于能量守 恒 原理 的 热平 衡 方 程 ， 有 限元 法 计算 用
３ 离心复合球墨铸铁轧辊凝固过程的
简化原则
离 心 复合轧 辊凝 固过程 有 限元 模型 的建立是 温
基于ANSYS的温度场仿真分析
基于ANSYS的温度场仿真分析引言：在工程领域中，温度场分布的仿真分析是一项重要的工作。
温度场分布的准确预测和优化设计对于许多工业过程和产品的设计和改进至关重要。
在这里，我们将介绍一种基于ANSYS软件的温度场仿真分析方法。
一、ANSYS软件简介ANSYS是一种广泛使用的通用有限元分析（FEA）软件。
它提供了强大的功能，可以进行多种物理和工程仿真分析。
其中，温度场分布的仿真分析是ANSYS的一个主要功能之一二、温度场仿真分析的步骤1.几何建模：使用ANSYS的几何模块进行物体的几何建模。
可以通过绘制二维或三维几何形状来定义和创建模型。
2.网格划分：对几何模型进行网格划分，将其划分为小的单元，以便进行离散化计算。
网格划分的质量直接影响到仿真结果的准确性和计算速度。
3.边界条件设置：根据具体的问题，设置物体表面的边界条件。
边界条件包括固定温度、传热系数、对流换热等。
边界条件设置的准确与否对温度场的分布有重要影响。
4.材料属性定义：为物体的各个部分定义材料属性，包括热导率、热容量等。
这些属性是模型中的重要参数，直接影响到温度场的分布。
5.求解和后处理：设置求解算法和参数，开始进行仿真计算。
求解器根据网格和边界条件，通过计算方程的数值解确定温度场的分布。
计算完成后，可以进行后处理，生成温度场分布的图表和报告。
三、温度场仿真分析的应用温度场仿真分析在多个工程领域中得到广泛应用。
以下是几个示例：1.电子设备散热优化：通过温度场仿真分析，可以评估电子设备中的热量分布，优化散热设计，确保电子设备的正常运行和寿命。
2.汽车发动机冷却系统：通过温度场仿真分析，可以预测汽车发动机冷却系统中的温度分布，优化冷却器的大小和位置，提高冷却效果。
3.空调系统设计：通过温度场仿真分析，可以预测房间内的温度分布，优化空调系统的风口布置和参数设置，实现舒适的室内温度。
4.熔炼和混合过程优化：通过温度场仿真分析，可以预测熔炼和混合过程中的温度分布，优化加热和冷却控制，提高生产效率和产品质量。
基于ANSYS的温度场仿真分析
式中 ： ［ Ｃ］ 为 比热 矩 阵 ， 考 虑 系 统 内能 的增 加 ： ［ Ｋ］ 为 传 导 矩
阵， 包含导热系数 、 对流 系数及辐射率 和形 状 系数 ； ｛ Ｔ｝ 为节点温
度向量 ； ｛ Ｔ｝ 为温度对时间的导数 ； ｛ Ｑ（ ｔ ） ｝ 为 节 点 热 流 率 向量 ， 包 含 热 生成 。 温 度箱 中温 度 场 的热 分 析 属 于 瞬态 热 传 导过 程 。
绝 缘 材 料 在 高 温 条 件 下 长 期 运 行 会 造 成 热 老 化 ，使 绝 缘 性 能下降 ， 在 高压 作 用 下 易 击 穿 。 为 进 一 步 研 究 绝 缘 材 料 热 老 化 特 性， 需 将 绝 缘 材 料 放 置 在 温 度 箱 内长 时 间加 热 ， 再 进 行 绝 缘 特 性
元 类 型 、定 义 材 料 相
导热 系数 比热 容
（ Ｗｌ ｍ・ ｘ、 Ｊ ／ ｋ ｇ ‘ Ｋ
０ ． １ ２ １ ０ ３ ０
生热 率
Ｗ／ ｍ３
密度
ｋ ｇ ／ ｍ
１ ． ２ 型 通 用 有 限元 分 析 软 件 ， 能 够 进 行 机 械 应
１ ０ ４
基 于 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ的 温 度 场 仿 真 分 析
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的温度场仿真分析
Ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｆ ｉ ｅｌ ｄ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳ ＹＳ
潘从 芳 娄 毅 蔺 红 张起 瑞 杨 一 胡 贺 明
（ 新 疆 大学 电 气工程 学 院 ， 新疆 鸟 鲁木 齐 ８ ３ ０ ０ ４ ７ ）
基于ANSYS的机床电主轴温度场计算仿真分析
参数 内径 d / mm 外径 D / mm 宽度 B / mm 滚动体直径 D b / mm 滚动体数目 Z 接触角 α / （ ° ） 预紧力 F0 / N 额定动载荷 C / N 额定静载荷 C0 / N 油润滑极限转速 / （ r / min）
3
（ 1）
前后轴承参数
后轴承 61913 —2RZ 65 90 13 7． 93 25 — — — — — — 17 400 12 700 18 000
前轴承 71915CE / HC （ 角接触） 75 105 16 9． 52 25 15 110 22 500 16 600 30 000
2
2． 1
热边界参数的分析计算
热源计算
轴承的发热功率 Q 轴承 为 Q 轴承 = 2 πnM / 60
（ 2）
在电主轴系统中， 内部热源主要有主轴电动机损 耗发热与支撑轴承的摩擦发热。 在利用 ANSYS 仿真 分析时， 主轴电动机转子以生热率的形式加载 ， 轴承的 热量以热流密度的形式加载。 2． 1． 1 主轴电动机生热率的计算
［6 ］
电动机总发热功率即为额定功率损失， 且电动机 转子的发热量占总发热量的 1 /3 ， 电主轴转子的生热 率q为 q = Q /V W； V 为体积， m 。 式中： Q 为发热功率， 2． 1． 2 支撑轴承热流密度的计算 轴承产生的热量主要来自于轴承的转动摩擦 。在 本文中， 前轴承选择 SKF 的 71915CE / HC 角接触球轴 承， 后轴承选择 SKF 的 61913 深沟球轴承。 本次计算 ， 中 假 设 加 工 工 件 为4 5 钢 ， 电 主 轴 的 转 速 为 8 000 主轴电动机定子直接安装在主轴箱的壳体中 ， 机 床主轴与电动机转子连成一体。电动机转子回转则带 省去了机械传动环节， 实现了机床的 动机床主轴旋转， “零传动” ， 但是这也对主轴电动机的散热极其不利 。 电主轴的热源分为内部热源和外部热源 。内部热 源主要有电动机定转子的损耗发热和支撑轴承的摩擦 发热两大类。外部热源主要是指环境温度变化及其他 各种能散发出热量的物质。 电主轴的传热主要表现 为： （ 1 ） 电动机与油水热交换系统的对流换热 ； （ 2 ） 轴承与润滑系统的对流换热； （ 3 ） 电动机定子与转子之间的气隙传热 ； （ 4 ） 电主轴前后密封环的对流换热； （ 5 ） 电主轴与外部空气的传热［7］。 r / min。前后轴承的参数如表 2 所示。
基于ANSYS的焊接过程模拟分析(含命令流)
基于ANSYS的某焊件两焊缝在顺序焊接过程中分析(含命令流)目录一、前言 (3)二、基本方法 (3)三、条件 (3)四、物理性能表 (3)五、基本数据 (3)六、分析结果 (3)七、附录： (4)一、前言本文是对一焊件两个焊缝的凝固过程的温度场进行分析，焊缝及两钢板的材料为钢。
二、基本方法使用有限元分析方法并且使用ANSYS分析软件。
采用三维八节点热分析SOLID70单元，利用生死单元技术，对两个焊缝连续凝固的过程进行分析，本分析分6步进行，首先杀死一个焊缝的所有单元，进行稳态分析，得到温度的初始条件；进行瞬态分析，分析右焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析右焊缝的凝固过程；激活焊缝的所有单元，进行短时间的瞬态分析，得到温度初始条件；进行瞬态分析，分析左焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析左焊缝的凝固过程。
分析时，采用英制单位。
三、条件初始条件：焊接件的温度为70℉，焊缝的温度为3000℉。
对流边界条件：对流系数0.00005 Btu/(s·in2·℉)，空气温度70℉。
四、物理性能表五、基本数据底板尺寸：2in×1.2in×0.34in上板尺寸：1in×1.2in×0.34in焊角尺寸：R=0.17in六、分析结果根据以上的有限元模型，完成对焊件的稳态分析，焊缝相变分析，焊缝凝固分析后，得到温度分布图，见附录。
七、附录：分析模型：网格化分：温度分布图（2s）：温度分布图（1000s）：温度分布图（1100s）：焊接过程中温度随时间变化曲线图：命令流：FINISH/FILNAME,QMH/PREP7ET,1,SOLID70MP,KXX,1,.5e-3MP,C,1,.2MP,DENS,1,.2833MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000 MPDATA,ENTH,1,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 MP,KXX,2,.5e-3MP,C,2,.2MP,DENS,2,.2833MP,KXX,3,.5e-3MP,C,3,.2MP,DENS,3,.2833MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000 MPDATA,ENTH,3,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 BLOCK,-0.17,0.17,0,0.34,0,1.2BLOCK,0.17,0.34,0,0.34,0,1.2BLOCK,0.34,1,0,0.34,0,1.2BLOCK,-0.17,0.17,0.34,0.51,0,1.2 BLOCK,-0.17,0.17,0.51,1.34,0,1.2WPA VE,0.17,0.34,0CYLIND,0.17,0,0,1.2,0,90WPA VE,0,0,0CSYS,0FLST,3,3,6,ORDE,3FITEM,3,2FITEM,3,-3FITEM,3,6VSYMM,X,P51X,,,,0,0VGLUE,ALLVPLOT,ALLV ATT,1,1,1VSEL,S,,,1VSEL,A,,,12,17,1V ATT,2,1,1VSEL,S,,,11V ATT,3,1,1ALLSEL,ALLESIZE,0.05VSWEEP,ALLESEL,S,MA T,,3 TOFFST,460EKILL,ALL ALLSEL,ALL/SOLUANTYPE,TRANS TIMINT,OFFESEL,S,MA T,,1NSLED,ALL,TEMP,3000 NSEL,INVED,ALL,TEMP,70 TIME,1KBC,0ALLSEL,ALLSOLVEDDELE,ALL,TEMP TIMINT,ON TINTP,,,,1TIME,100DELTIME,1,0.5,10 AUTOTS,ONKBC,1OUTRES,ERASE OUTRES,ALL,ALL ASEL,S,EXTASEL,S,EXTASEL,U,LOC,Y,0 SFA,ALL,,CONV,5E-5,70 ALLSEL,ALLSOLVETIME,1000 DELTIME,50,10,100 AUTOTS,ONSOLVEEALIVE,ALL ALLSEL,ALLESEL,S,MA T,,3NSLED,ALL,TEMP,3000 TIME,1001 DELTIME,1,1,1 ALLSEL,ALLSOLVEDDELE,ALL,TEMPTIME,1100DELTIME,1,0.5,10SOLVETIME,2000DELTIME,100,10,200 SOLVE/POST1 SET,,,,,,,1PLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,25PLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,35PLNSOL,TEMP,,0SET,NEXTPLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,58PLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,64PLNSOL,TEMP,,0/POST26NSOL,2,4727,TEMP,,TEMP_2 STORE,MERGENSOL,3,4752,TEMP,,TEMP_3 STORE,MERGENSOL,4,4808,TEMP,,TEMP_4 STORE,MERGENSOL,5,4833,TEMP,,TEMP_5 STORE,MERGENSOL,6,4883,TEMP,,TEMP_6 STORE,MERGENSOL,7,4908,TEMP,,TEMP_7 STORE,MERGENSOL,8,5088,TEMP,,TEMP_8 STORE,MERGENSOL,9,5308,TEMP,,TEMP_9 STORE,MERGE/AXLAB,X,TIME/AXLAB,Y,TEMPERATURE /XRANGE,0,2000PLV AR,2,3,4,5,6,7,8,9/EXIT,NOSA V。
Ansys有限元分析温度场模拟指导书
实验名称：温度场有限元分析一、实验目的1. 掌握Ansys分析温度场方法2. 掌握温度场几何模型二、问题描述井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。
井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。
表1 井式炉炉壁材料的各项参数三、分析过程1. 启动ANSYS，定义标题。
单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine”2.定义单位制。
在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键3. 定义二维热单元。
单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE554.定义材料参数。
单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。
6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。
7.建立模型。
单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。
在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。
8.重复第7步，输入RAD1=0.86-0.065，RAD2=0.86-0.245，单击APPL Y；输入RAD1=0.86-0.245，RAD2=0.86-0.36，单击OK。
轴承衬套离心铸造凝固过程的数值模拟_张博
２ 凝固过程的数值模拟
以某型号油膜轴 承 衬 套 为 研 究 对 象 ， 利 用 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ 软件对其离心铸造凝 固 过 程 的 温 度 场 和 应 力 场 进 行 了 简化后的几何模型见图 １。 由 于 该 模 型 及 边 数值模拟 ， ／ 界条件具有 周 期 对 称 性 ， 因而只对模型的１ ４进行分 析 。 分析中采用物理环境方法 ， 将热分析得到的温度场 作为应力 场 分 析 的 温 度 载 荷 间 接 实 现 热 －应 力 的 耦 合 分析 。
Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ａ ｌ Ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ Ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ Ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｇ ｇ ｇ
１， ２］ 。 得到广泛应用 ［
铸造凝固过程的温度场和应力场进行了数值模拟分析 ， 研究了不同的浇注温 度 和 铸 型 预 热 温 度 对 温 度 场 及 应 力场的影响 ， 旨在为实际生产中控制和优化离心铸造工 艺提供参考 。
１ 凝固过程的理论基础
１． １ 凝固过程温度场的数学模型 假设在离心铸造过 程 中 金 属 液 瞬 时 充 满 铸 型 且 在 充型过程中无热交换作用 ， 在凝固过程中金属液中无能
１ １ ２ １ ，Ｗ ， Ｚ ｈ ａ ｎ Ｂ ｏ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ｍ ｅ ｉ ｕ ａ ｎ Ｙ ｕ ｉ ｎ Ｃ ａ ｉ Ｍ ｉ ｎ ，Ｈ ｇ ｇ ｇ ｑ （ ， ； １． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｔ ａ ｉ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｇ ｙ ｙ ｇ ｙ ，Ｈ ） ２． Ｄ ｅ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｌ ｉ ｄ ｉ ｎ Ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｓ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｐ ｇ ｇ ｙ
ANSYS用单元死活模拟浇铸过程中的温度分布.doc
用单元死活模扌以浇乍寿过程中的温度分布要想对浇铸过程的温度场进行分析，必须熟悉下面两个方面的内容：1.瞬态温度场的分析,2. 单元死活的应用。
瞬态温度场分析：在进行瞬态温度分析时，我们常遇到的一个问题是温度结果明显不合理，：计算得到的温度高于给定的最高温度或低于给定的最低温度。
造成这种结果的原因有两个：1、单元不合理，网格太大。
2、时间积分方法不恰当。
针对上述两个原因，我们釆取的措施是：1、细划网格。
2、选择向后积分法(THETA=1) o单元死活：应用单元死活进行分析时，需要用到多个载荷步。
在不同的载荷步之间单元的死活状态不同,ANSYS的通用动画生成工具生成的动画无法表现单元状态随时间的变化,因此必须使用ANSYS的DISPLAY Utility来生成能够表现单元死活状态的动画。
下面是一个简单的模拟浇铸过程的例子，环境温度为70,浇铸温度为600,计算结果应是：最低温度不低于70,最高温度不高于600。
如果我们划分的网格不适当，则会出现最低温度低于70 或最高温度高于600的情况，因此必须细划网格并选择THETA=1.计算完成后使用ANSYS的DISPLAY Uti I ity来生成动画文件。
fini/cle/prep7et, 1, 55et, 2, 55KXX , 1, 1.99/3600DENS, 1, 0. 00073C , 1,0. 100KXX, 2, 7. 38E-6DENS, 2, 9. 35E-5c, 2, 1k, 1, 5, 一. 5k, 4, 6, ok, 12k, 13, 5. 5k, 21, 5, 6k, 22,, 6k, 23, 5. 5, 6k, 24, 6, 6a, 12, 13, 23, 22a, 1, 12, 22,21a, 1,4, 13, 12a, 4, 24, 23, 13lsel, s,,, 5, 6lsel, a,,, 9, 11,2lesize, all,,, 8lsel,all lesize, all,,, 20 asel, s, >, 1 aatt, 2, 2, 2 asel, al l amesh, all fini/ soluantype, tran! sole, on timint, off lsel, s…7, 8 lsel, a,,, 10 nsll, ssf, al 1, conv, 100, 70 alls esel, s, type,, 2 nropt,full ekill, allal 1 stunif, 100 time, 1 outres, all, all solvedtop=0 tim=l delt . 05 timint, on tintp,,,, 1 *do, ii, 1, 20 ddelc, all, temp esel, s, type,, 2 nslc, s tim=tim+delt time, tim dtop=dtop+. 3 nsel, r, loc, y, 0, cl top esln, s, 1 eal i ve, al 1 nsel, r, loc, y, dtop esln, s nsle, s, 1d, all, temp, 600esel, s, livenaileallsolve^enddofini/show, tmpplt, f33/post 1dtop=0*do, ii, 2, 21set, iidtop二dtop+・ 3nsel, r, loc, y, 0, dtopesln, s, 1esel, a, type,, 1nailpins, temp*enddo在ANSYS5. 6中如何施加函数变化的表面载荷ANSYS5. 7版本具有函数加载功能，可以很方便地在模型表面施加函数变化的各种载荷，在ANSYS5. 6 版木中，也可以通过变通的方式来实现此功能，其思路是：首先选定所要施加函数变化表面载荷的表面上的节点，利用ANSYS的参数数组和嵌入函数知识写一简单的命令流，定义好相应节点位置的面载荷值，然后通过在节点上施加面载荷来完成。
基于ANSYS的中厚板轧制前板料温度场数值模拟
- 17 -前言1.温度是中厚板轧制的重要工艺参数之一，绝大多数轧钢厂都用红外线测温仪对板料温度进行监测，但测温仪只能测表面温度。
目前可用于实测板料内部温度的方法是接触测量法，即在板料内部放置热电偶，其使用方法的复杂性限制了其使用范围。
采用数值模拟的方法研究板料温度场，能够快速简便的获取板料的内部温度。
理论分析2.温度场分析所采用的四类边界条件如下：第一类：条件，在边界上给定温度Dirichlet 值：T (x ,y ,z ,t ) = T (x ,y ,z ,t ) (1) T (x ,y ,z ,t )其中：—给定的边界上的温度， 这一温度可能随空间位置和时间的不同而变化。
第二类：在边界上给定热流强度：k x ∂T ∂x x +k y ∂T ∂y n y +k z ∂T ∂znz = q s (x ,y ,z ,t ) (2) 其中：n x 、n y 、n z —表示边界外法线的方向余qs (x ,y ,z ,t )弦；—是随空间位置和时间变化的边界上的热流密度。
第三类：在边界上给定对流条件：k x ∂T ∂x n x +k y ∂T ∂y y +k z ∂T ∂z n z = h s (T S －T∞) (3) 其中：T s —表面温度；T ∞—外界环境介质温hs 度；—表面与周围介质的对流换热系数。
第四类：在边界上给定辐射条件：k x ∂T ∂x n x +k y ∂T ∂y y +k z ∂T ∂zz =σε(T s 4 －T ∞4) (4) 其中：—常数；—表面 σStefan-Boltzman ε辐射系数。
板料在加热炉内经过高温加热。
由于板料在加热炉内加热的时间较长，可认为板料温度达到均匀，为℃左右。
轧制前，板料从加热炉中1215经过传送辊送往轧机，在传送过程中板料的温度要降低。
促使板料温度降低的因素有：板料表面向空间的辐射散热、高压除磷水喷射板料产生的强制换热、板料与周围空气之间的自由对流散热、板料与传送辊之间的传导散热。
基于ANSYS的钢包温度场及应力场的仿真研究
通过分析不同的导热系数对 钢包 温度 场的影响 ， 以合理选择 可 内衬材料 ， 减少温度应力对 内衬和包壳 的破坏 。当钢包工作层
温度 ℃
（） 料的比热 曲线 ａ材
ｓ ｏ
ｕ ４ ５ ｛ ０
１ 作 层 ；． 渣 线 ；． 久 层 ；． 包壁 ； 包 底 、 工 ２上下 ３永 ４钢 ５钢
３ ５
ｊ 。
图 １简化的钢包模型
髯
： ５
１ 材料物性参数的选取 ２
心‘ ２ ０
１ ５
钢包壳的材质为 Ｓ ４ Ｃ Ｅ本钢号）密度为 ７ ６ 咖 Ｍ １ Ｎ（ｌ ， ８０ｋ 。 内衬材料 中， 工作层 内衬 为含 ８ ％氧化铝的高铝砖 ， ０ 永久层 内
规律与实 际测 试温度值 曲线 ，温度变化规 律呈三低二高 的规
行。经研究表 明， 钢包材料 温度 急剧变化及温度变形不协调而 产生 的温 度应力是导致材料 出现裂纹 、剥落 等现象的重要原
因。因此 ， 研究不同结构尺寸和不同材料参数情况下钢包温度 场 、 力场 的分布规 律对钢包结构设计 、 应 耐火 材料 的选用有重 要 的参考价值 。笔 者采 用有限元软件 Ａ ｓｓ ｎｙ 建立 ３０ 钢包模 ０ｔ 型 ，分 析了不同结构及材料 参数钢包注 满钢水 工况下 的温度
衬为含 ６％ 氧化铝的高铝砖 ， ０ 密度取 为 ２ ４ 咖 上下渣线 ８０ｋ ， 采用 的是镁碳砖 ， 密度为 ２ ９ 譬ｍ 。比热 容及导热系数随温 ８０ｋ ， ３
１ 。 ５
０
ｊ ００
６０ ０
８ ０ ０
’∞ ０
１ｏ。
１ ０ ４０
１ ｅ
温度
℃
收 稿 日期 ：０ ７ ０ — ３ ２０ — ４ ０
基于ANSYS的辊套热结构耦合分析
（ ｏ ｅ ｅ ｆ ｃ ａ ｉａ ａ ｄＥｅ ｔ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｃ ｎｒｌ ｏ ｔ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｃ ａ ｇｈ １ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｈ ｎｃｌ ｎ ｌｃ ｏ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉ ， ｅ ｔ ｕｈ ｎｖ ｒ ｔ， ｈ ｎ ｓａ４ ０ ８ ， ｈｎ ） ｌ ｏ Ｍｅ ｒ ｎ ａＳ ｉ
Ｔ ｅｐｐ ｒ ａ ｚｄｔｅｃｌ ｅｏ ｒｌｓｅｌ ｅｍ ／ ｈ ａ ｅ ｌ ｅ ｏｉ ｆ ｏｌ ｈ ｌ ｔ ｒ ａ 次 ｉ ｅｐｏ ｕｔ ｎ ｎ ａ ｙ ｈ ｌ ｓ ＇ｈ ｌ ｎｔ ｒｄ ｃｉ ． ｈ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｒｏ ｌｒ Ｔｈ ｒ ｌ ｅｄ； ｅ ｍａ － ｔ ｕ ｔ ｒ ｌ ｏ ｐ ｉ ｇ； ｔ ｅ ｓｆｅｄ； ｔ ｕ ｌ ； ｅ ｍａ ｌ Ｔｈ ｒ ｌ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｕ ｌ ｅ ｉ ｆ ｃ ｎ Ｓ ｒ ｓ ｌ Ｆａ ｉ ｅ ｉ ｇ
中 图分 类号 ：Ｇ３ ２ 文 献标 识码 ： Ｔ ０ Ａ
铸轧辊是轧机 的重要部件 ， 由辊套和辊芯组成 。 它 在连续铸 用 Ａ Ｓ Ｓ有限元分 析软件对连续 铸轧过程 中辊套 的温度场 进 ＮＹ 轧过程 中 ，铸轧辊既要承受铝溶液凝 固时释放大量热量产 生的 行了仿真分析。建立具有质量输运现象的传热有限元数学模 型 热应力 ， 又承受着 变形金 属的轧制应力 。 了带走铝溶液凝 固时 的几 点基 本假 设如下 ： 为
ｔｅｍ ｄ Ｚ ｅｒｌ ｔｅｍａ—ｔ ｃｕａ ｃ ｕ ｌｄａａｙｉ ｃ ｎｉｕ ｄｔ ｂ ａｙｅ ａｅ ｎｔｅｍ ｅ ， ｔ ｈ ｏ ｅ ｏ ｈ ｒ ｌ ｓ ｕ ｔｒ ｏｐｅ ｌ ｓ ｏ ｔ ｅ ｅａ ｌ ｚｄｂ ｄｏ ｒ ａ ｆ ｌ ｉ ． ｌ ｒ ｌ ｎ ｓ ｎ ｏ ｎ ｓ ｈ ｌｉ ｄ ｒａｉ ｄ ｔｅｍａ ｓ ｅｓａ ｄ ｍ ｃ ａ ｉ ｌａ ｏ ｐｅ ｉ ｌ ｉｎ ａ ｄｇ ｉ ｄｔｅｒｌ ０ ｒｌ ｒ ｔ ｓ ｆ ｌ． ｅ ｚ ｒ ｌ ｔ ｓ ｎ ｈ ｃ ｏｄ ｃｕ ｌ ｓ ｌ ｅ ｈ ｒ ｅ ｎ ｄ ｍｕａ ｏ ， ａ ｅ ｕ 厂 ｏｌ ＇ｓ ｅｓｉ ｄ ｔ ｎ ｎ ｈ ｅ ｅｓ ｒ ｅ
ANSYS计算温度场及应力场
ANSYS计算温度场及应力场预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制基于ANSYS有限元软件实现施工温控仿真的主要技术（1）研究方法和分析流程本次计算利用ANSYS软件来进行象鼻岭碾压混凝土拱坝全过程温控仿真计算分析。
具体分析流程如下：1）收集资料：包括工程气象水文资料、大坝体型、热力学参数、工程进度、施工措施、防洪度汛和蓄水等。
2）整理分析资料：参数拟合、分析建模方法。
3）建模：采用ANSYS软件进行建模，划分网格。
4）编写计算批处理程序：根据资料结合模型编写计算温度场的ANSYS批处理程序。
5）检查计算批处理程序：首先检查语句，然后导入计算模型检查所加荷载效果。
6）计算温度：使用ANSYS软件温度计算模块进行计算。
7）分析温度结果：主要分析各时刻的温度场分布和典型温度特征值。
8）应力计算建模：模型结构尺寸与温度分析模型相同，需要改变把温度分析材料参数改为应力分析材料参数。
9）计算应力：使用ANSYS软件温度应力计算模块和自编的二次开发软件进行计算。
10）分析应力结果：主要分析应力场分布和典型应力特征值。
11）编写报告：对计算流程和结果实施进行提炼总结，提出可行的温控指标和措施。
（2）前处理1）建模方法选择。
有限元建模一般有两种方法：一种为通过点线面几何拓扑的方法建模，这种建模方法精确，但是比较费时。
对于较大规模的建模任务花费时间太多。
另一种为通过其他软件导入，如CAD，通过在其他软件中建模，然后输出为ANSYS 可以识别的文件类型，再导入ANSYS 中完成建模过程，这种建模方式精度较直接建模的精度要稍低一些，但是由于要求建模的模型已经在CAD软件中完成了初步建模，可以直接拿来稍作处理即可应用，时间花费较少。
本计算选用从CAD 软件导入ANSYS中来建立模型。
2）建模范围。
建模范围可以分为全坝段建模和单坝段建模，全坝段建模可以全面反映整个坝体的温度和应力情况，但是建模难度高、计算量大；单坝段建模建模难度小，计算量也相对较小，一般情况下单坝段建模即可满足要求。
基于ANSYS的温度场模拟
基于ANSYS的温度场模拟作者：欧青华来源：《西部论丛》2018年第07期1 引言传统的针对军用装备的焊接维修方式已经明显不能适应现代战争的需要，战争对装备的毁坏是巨大的，因此，需要在技术上有大幅度提高，保证维修过程的迅速准确。
随着现代科技的发展，数学模型和数值模拟技术的应用越来越广泛。
倘若对工程装备的焊接能够通过计算机进行模拟，我们就能够通过计算机系统来确定焊接的最佳设计、最佳参数和最佳工艺。
通过数值模拟可以在很大程度上节约战场人力、物力和拓展战场时间，特别是面对复杂的大型军用装备，该类型军用装备结构复杂，焊接过程中需要更精确的参数，随着计算机技术的发展以及有限元法的建立，越来越多的焊接工作者利用数值模拟技术研究焊接问题，并取得了丰富的成果。
本文在总结前人工作的基础上，全面系统地论述了焊接温度场的基本理论，并应用有限元分析软件ANSYS对平板堆焊温度场进行了军用工程机械数值模拟计算。
本文主要内容为：1.通过对高斯热源的焊接温度场进行模拟，讨论了焊接参数对温度场的影响。
2.用直接法模拟计算焊接温度场，得出最佳参数。
军用工程机械焊接数值模拟的现实意义在于，根据对焊接现象和过程的数值模拟，可以优化工艺参数，从而减少不必要工作，提高焊接质量和效能。
2 有限元分析的理论基础有限元法（Finite Element Method， FEM），又称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。
它是随着电子计算机技术的发展而迅速发展起来的一种新型现代计算方法。
2.1 有限元法介绍将物理结构分割成不同类型、不同大小的区域，这些区域就称为单元。
根据不同进行科学分析，推导出每一个单元的作用力方程，集成整个结构的系统方程，最后求解该系统方程并得出结论的方法，就是有限元法。
简单地说，有限元法是一种离散化的数值方法。
离散后的单元与单元间只通过节点相联系，将所有力和位移都进行简化，通过节点进行计算。
基于ANSYS的快速铸轧过程温度场数值模拟
（ ） 由轧辊直径远大于铸轧区长度，假定轧 ’ 辊与铸坯的接触界面为直线，铸坯内部各截面金 属流动速度场按照体积不变原理确定； （ ） 忽略摩擦及塑性变形功对快速铸轧过程 . 温度场的影响。
% 超薄快速铸轧过程物理模型及影 响其温度场的因素
由于轧辊和铝带坯组成系统的对称性，沿铸 坯对称中心取其一半进行研究，如图&所示。
% 前言
随着各国铝加工工业的迅速发展，快速铸轧 这一高新技术在全世界范围内得到了广泛关注。 其中，金属在铸轧区内的温度分布是快速铸轧过 程最基本和最重要的物理量之一。铸坯温度与其 内部的性能参数及铸轧过程中的工艺参数等有着 密切的关系，是影响金属变形抗力的最主要因素
收稿日期： ；修订日期： ! " " # $ % ! $ ! % ! " " & $ " ! $ ! ! 基金项目：国家重大基础研究发展规划 （ ） 项目 （* ） ’ ( ) % ’ ’ ’ " + # ’ " + 作者简介：湛 利华 （% ，女，中南大 学机 电 工 程 学 院 讲 ’ ( +$ ）
图& 连续铸轧过程示意简图
辊转角方向；对于铝带坯，采用直角坐标，其坐 标原点置于铸轧区入口的对称面上，# 轴沿轧制 方向， $ 轴沿厚度方向，如图 & 所示。由于采用 静止坐标系，因此对于控制微元体而言，除导热 传入的热流量和内热源的发热量以外，还存在由 于辊套 （沿! 方向） 和铝带坯 （沿 #， 的宏 $ 方向） 观运动所产生的质量流经控制单元界面携带进的 热量。因此，在传热模型中必须同时考虑这两种
" & （ ） ( ’ & 2 4 # " ) 式中， ’ 为比热容；% 为导热系数； # 为密度； & 为温度； ) 为时间；( ( ! 方向热质 "、 ! 为"、 量传输速度； 为#、 ( ( $ 方向热质量传输速 #、 $
ANSYS仿真电磁系统温度场步骤
应用ANSYS对接触器电磁系统热场仿真步骤1、熟悉掌握ANSYS软件的基本操作。
2、建模(Modeling)。
通过ANSYS前处理器中的Modeling对电磁系统进行建模，可适当进行一些简化。
需要建一大的空气体将整个电磁系统包住。
3、选择单元(Element Type)。
ANSYS软件中SOLID97单元可以进行电磁场与温度场的顺序耦合，所以选择这个单元进行磁场的分析。
选择好单元后，进行自由度设置，这方面可以详细阅读ANSYS的help文件中关于SOLID97单元的介绍。
电磁系统中线圈是载压型线圈，它的SOLID97单元的自由度就应该选择AX、AY、AZ、CURR；其他部件为了进行涡流场计算，选择AX、AY、AZ、VOLT。
4、材料属性设置(Material Props)。
电磁系统中包含硅钢片、分磁环、线圈、骨架以及空气体，需对每个部分设置相应的材料属性。
本次分析涉及到的材料属性有相对磁导率、电阻率、热传导系数和对流散热系数，查阅相关材料手册获得这些参数。
对于受温度影响的参数需将其与温度变化的关系设置好。
5、对模型各部分赋相应的材料、坐标系、实参数(Meshing)。
对于线圈单元，需进行实参数定义，包括线圈横截面、匝数、体积、电流方向矢量、对称系数和填充系数（线圈体积可以通过建好的模型直接获得）。
线圈的单元坐标系必须为圆柱局部坐标系。
其他部分可以使用全局坐标系，不需要实参数。
6、划分网格(Meshing)。
具体如何划分需通过自己不断尝试。
网格划分越密，计算越精确，但计算速度很慢，对电脑内存要求很大，所以需不断调试。
7、耦合线圈单元CURR自由度(Coupling/Ceqn)。
选中线圈所有节点进行耦合。
8、加载磁场分析的边界条件和载荷(Loads)。
线圈电压加载在线圈单元上，电压大小为峰值，相角为0。
由于SOLID97单元是矢量法分析，因此在整个模型最外层表面施加磁力线平行的边界条件即可。
9、磁场分析选项设置，写入物理环境。
轧制过程中轧辊温度仿真模型
轧制过程中轧辊温度仿真模型热连轧机支持辊普遍存在磨损量大，磨损严重不均匀的现象；热轧工作辊由于直接与带钢接触，磨损十分显著，使得其换辊周期只有3〜6h，以一个轧制单位（轧制单位轧制量约长90km，3500t)为限，而冷轧工作辊由于轧辊磨损引起辊形变化小，通常没有严格固定的换辊周期，只有当辊面过于粗糙影响带钢表面质量时才会换辊。
℃由于钢在相变温度723℃以上最具可塑性，最容易塑性加工，而且对性能的影响比较小，因此大变形量加工的热连轧通常是把钢加热到1300℃以下，相变温度72℃以上的条件下进行。
生产实践中，通常在轧制单位头部安排一定数虽易轧的烫辊材（约长10km)，这时，与高温带钢直接接触的工作辊热辊形在轧制烫辊材时逐渐建立起来；而热轧支持辊与工作辊接触宽度不到20mm，在冷却水的作用下，支持辊不存在明显的温差。
工作辊的热行为特性研究包括温度场及热辑形的计算、热磨制度的建立、冷却方式的选取等内容。
在板带热连轧过程中，工作辊热变形非常明显，造成了生产过程的不稳定，对板形质量产生重要影响。
另外，工作辊在空冷中热凸度的不断变化，也使得磨削时难以磨出理想的初始辊形，这些都会影响到板形质量。
而选取快速冷却方式可在短时间内将轧辊冷却到室温，消除了热辊形的影响，可提高磨削精度。
大量的研究和实测表明，轧制过程中工作辊温度场变化可分为两类：在轧辊表层（约为棍径的10%)内承受周期性的温度剧变，变化周期为轧辊的旋转周期；在轧辊内部承受逐渐上升而后趋于稳定的温度变化。
工作辊热辊形的大小和形状与所轧带钢的宽度有关，严格地讲，热辊形应与带钢的宽度和工作辊辊身长度的比值有关。
轧制窄带钢时，轧辊热凸度大且热辊形呈近似钟状；而轧制宽带钢时，热凸度小，在带钢宽度内热辊形较平。
除以上所讲外，各机架工作辊的热辊形的大小不同。
当冷却条件相同时，下游机架工作辊的热辊形比上游机架小，主要原因是带钢温度低、带钢变形功小等。
轧制过程中工作辊的热变形非常明显，由热膨胀引起的辊形变化可以达到100〜400M m，与工作辊系弯曲变形引起的轧辊凸度变化处于同一数量级，并且热轧生产中热凸度始终在不断变化，造成了生产过程的不稳定，直接影响板形质量。
基于 ANSYS 的报废汽车回收钢板破碎虚拟仿真
基于 ANSYS 的报废汽车回收钢板破碎虚拟仿真刘美珍;刘剑雄;唐明凤【摘要】In this paper,the virtual simulation of crushing recycling steel plate from scrap auto is stud-ied.It has been found a suitable analytical method that using the ANSYS /LS-DYNA software simulates the situationof the experiment,and the simulation result is good.Crushing virtual simulation based on the research on its geometry was established.The material parameters of steel plate and hammer were se-lected,and the finite element model of the hammerhead and steel plate was established.According to the factors of affecting on crushing effect to simulate,the results were got that the hammer s mass has little effect on crushing,and the hammer s velocity and radius have more effect on crushing.It can provide some theoretical supports for the automobile recycling steel crusher research.%运用 ANSYS ／LS-DYNA 软件进行破碎虚拟仿真，经实验验证正确后，将该技术用于本研究。
ANSYS在温度场应力场模拟的二次开发
Secondary developm ents of ANSYS application software for m odeling te mperature and stress fields
LI U Zhao1 , YU Ch i b in1, BAO Si qian , W EI B ing1 , CHENG F ang wu2 , L I Ju zhong2, HU W e i dong2, Z HOU X ue jun2, X I A M ing x iang2, ZHOU Y i zhong2 (1 . Schoo l ofM a teria ls andM e tallurg ica l Eng ineering , W uhan U n iversity o f Sc ience and T echno logy , W uhan 430081, H ube ; i 2 . W uhan Iron and Stee lG roup Co . , L td. , W uhan 430083, H ubei) Ab stract : In the AN SY S fin ite e lem ent analysis w ith large sized co m puter there is a l w ays a need for repeatedly modeling som e si m ilar questions . By using both the AN SY S for a secondary deve lopm ent p la tfor m and v isua l basic 6. 0 for a v isua l op eration interface , an A PDL language is gene rated, so that a para m etric mode ling can be rea lized, and the effic iency and accu racy o f the ca lculation enhanced . D escribed in the pape r are the g eneral steps of AN SY S seconda ry deve lopm ent , and the si m ulation of the te m pe ra ture stress fie lds in the slab fro m where the flame cutting is co m pleted to the entrance of the heat ing furnace , onW uhan Iron and Stee lN o . 2 ho t continuous casting and ro lling line . T he m easured temperature w as found to be very c lose to the s i m u lated one , thus prov iding a theoretica l basis for the actua l production process. K ey w ords : AN SY S; seconda ry deve lopm ent ; packag ing; te m perature field ; stress fie ld
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总第165期2008年12月 南 方 金 属
S OUT HERN MET ALS
Su m.165December 2008
收稿日期:2008-04-15
作者简介:阳志武(1974-),男,2007年武汉科技大学机械控制工程专业硕士研究生毕业,工程师.
文章编号:1009-9700(2008)06-0037-03
ANSYS 对离心复合轧辊凝固
过程温度场仿真模拟
阳志武
(广东省韶关钢铁集团有限公司,广东韶关512123)
摘 要:应用ANSYS 软件结合现有的生产实践,对离心复合轧辊凝固过程的温度场进行了仿真模拟,研究结果可为制定科学的工艺参数、提高产品质量稳定性、开发高质量高性能的离心复合轧辊生产技术提供直观、形象、量化的设计依据.
关键词:离心复合轧辊;温度场;仿真模拟
中图分类号:TG 333.17;T B 115 文献标识码:B
A sim ul a ti on study of the tem pera ture f i eld i n soli d i f i ca ti on by
cen tr i fuga l com posite rollers w ith ANS Y S software
Y ANG Zhi 2wu
(Shaoguan Ir on &Steel Gr oup Co .L td .,shaoguan 512123,Guangdong )
Abstract:A si m ulati on study wasmade of the te mperature field in s olidificati on br ought about by centrifugal composite r oll 2ers using an ANSYS s oft w are .Being able t o yield visual and quantitative results,the study can p r ovide a basis f or selecting p r oper p r ocess variables,enhancing p r oduct quality,and devel op ing a technique f or manufacturing high 2perf or mance cen 2trifugal composite r ollers .
Key words:centrifugal composite r oller;te mperature field;si m ulati on study
1 有限元分析软件ANSYS
[1]
ANSYS 软件是集结构、流体、电场、磁场、声场
分析于一体的大型通用有限元分析软件.它由美国ANSYS 公司开发,它能够与多数CAD 软件接口,实
现数据的共享和交换,是现代产品设计中的高级CAD 工具之一,也是迄今为止世界范围内惟一通过I S O9001质量体系认证的分析设计类软件.
ANSYS 热分析功能,一般包含于ANSYS/Mul 2ti physics 、ANSYS/Mechanical 、ANSYS/Ther mal 、AN 2SYS/F LOT RAN 、ANSYS/ED 5种产品模块中,其中ANSYS/F LOT RAN 不含相变热分析.ANSYS 热分析
基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算物体内部各节点的温度,并导出其他热物理参数.运用ANSYS 软件可进行热传导、热对流、热辐射、相
变、热应力及接触热阻等问题的分析求解.本文正是应用ANSYS 热分析功能对离心复合轧辊凝固过程温度场仿真模拟.
2 离心复合轧辊工艺特点
[2]
离心复合轧辊结构,如图1所示.离心复合轧辊浇注过程分两步完成.
1)离心浇注过程,目前采用卧式离心浇注机完成离心浇注过程;
2)芯部浇注过程.
3 离心复合球墨铸铁轧辊凝固过程的
简化原则
离心复合轧辊凝固过程有限元模型的建立是温
图1 离心复合轧辊及分解
1—离心层;2—芯部;3—离心复合轧辊
度场分析的关键部分,建立的模型是否合理将直接影响计算结果的正确性.然而实际凝固过程比较复杂,在凝固过程过程中,影响热传递的影响因素较多,在建立有限元模型的过程中无法将所有因素都考虑进去,因此需要对离心复合轧辊凝固过程进行必要简化,建立既有利于有限元分析计算,又能较真实的反映实际凝固过程情况的有限元分析模型.进行简化的原则如下:
1)研究对象能全面、准确地反映结构在凝固过程状态下结构和热传递的特点;
2)结构模型和实际形状应保持几何相似,对研究问题影响不大的局部地方,可进行适当简化;
3)结构模型的温度载荷与实际的外载相符合.
4 离心复合轧辊凝固过程模型的建立
4.1 离心复合轧辊几何模型
由于离心复合轧辊结构是对称的,而重点研究对象也只是离心复合轧辊辊身的温度场,因此本文只取离心复合轧辊辊身截面进行有限元分析.为了建模的方便,去掉对离心复合轧辊辊身凝固过程影响很小的砂型冒口箱、底箱对热传递的影响.
采用Modeling/A rea/Circle功能生成截面,如图2所示.
4.2 有限元模型的建立
根据离心复合轧辊离心铸造工艺特点,对离心铸造浇注后凝固过程和芯部铁水浇注后凝固过程分别进行有限元模型建模,离心壳层浇注后的有限元网格模型,如图3所示,芯部铁水浇注后轧辊辊身的有限元网格模型,如图4所示
.
图2 离心复合轧辊辊身截面
1-金属冷型模具(灰铸铁);2-涂料层(石英砂);3-离心层(合金铸铁);4-芯部(球墨铸铁
)
图3
离心壳层浇注后的有限元网格模型
图4 离心复合轧辊芯部铁水浇注后
辊身的有限元网格模型
5 离心复合轧辊辊身凝固过程的温度场分析
5.1 离心壳层凝固过程的温度场分析
83
南 方 金 属
S OUTHERN M ET ALS2008年第6期
离心壳层凝固过程有限元计算模型经ANSYS 计算后得到各凝固时间点的各点温度的计算结果.图5是离心壳层铁水浇注后5m in 后凝固过程的温度场云纹图
.
图5 离心壳层铁水浇注后5m in 后温度云纹
现场实测温度(红外测温)记录,见表1.
表1 壳层铁水浇注后A 点(模具外表面)
温度测量值
℃
测量次数
离心壳层铁水浇注后30s 后A 点温度
离心壳层铁水浇注后60s 后A 点温度
离心壳层铁水浇注后
5min 后A 点温度
11251201802138133170313012316541351331665
136
134
163
5.2 芯部铁水浇注后辊身凝固过程的温度场分析
芯部铁水浇注后轧辊辊身凝固过程有限元计算模型经ANSYS 计算后得到各凝固时间点的各点温度的计算结果.图6是芯部铁水浇注后10m in 后轧辊辊身凝固过程的温度场云纹图.
现场实测温度(红外测温)记录,见表2. 分析结果与现场实测数据比较可以看出,两者相当接近,可以作为分析离心复合轧辊凝固过程冷却条件的基础
.
图6 芯部铁水浇注后10m in 后轧辊辊身的温度云纹
表2 芯部铁水浇注后A 点(模具外表面)
温度测量值
℃
测量
次数
芯部铁水浇注后
30s 后A 点温度
芯部铁水浇注后
60s 后A 点温度
芯部铁水浇注后
10m in 后A 点温度
14094072
410405超出热电偶测温范围
3
40841144064095
400
404
6 结束语
工艺设计人员原来无法直接观察到轧辊在凝固过程的温度场变化情况,通过ANSYS 对离心复合轧辊凝固过程温度场仿真模拟,可以从ANSYS 模拟凝固过程的温度云纹图直观地看到轧辊相同时间、不同位置,或不同时间、相同位置温度场的分布,工艺制定不再只凭经验,而是更加科学,实用.参考文献
[1] 张朝晖,范群波,贵大勇,等.ANSYS 8.0热分析教程
与事例解析[M ].北京:中国铁道出版社,2005.
[2] 阳志武.贝氏体离心复合轧辊铸造工艺[J ].南方金
属,2007,(4):18.
9
3 总第165期
阳志武:ANSYS 对离心复合轧辊凝固过程温度场仿真模拟。