基于ANSYS的钢包温度场及应力场的仿真研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，焊接作为一种重要的连接工艺，在航空、汽车、船舶、石油化工等领域的应用日益广泛。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力场对焊接结构的性能有着至关重要的影响。
为了深入理解焊接过程中的热-力行为，预测焊接结构的变形和残余应力，进而优化焊接工艺参数和提高产品质量，本文旨在利用ANSYS有限元分析软件，对焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究。
本文首先简要介绍了焊接数值模拟的意义和现状，包括焊接数值模拟的重要性、国内外研究现状和存在的问题等。
随后，详细阐述了ANSYS 软件在焊接数值模拟中的应用，包括其基本原理、分析流程、模型建立、参数设置等方面。
在此基础上，本文以某典型焊接结构为例，详细阐述了焊接温度场和应力场的数值模拟过程，包括模型的建立、边界条件的设定、求解参数的选择、结果的后处理等。
对模拟结果进行了详细的分析和讨论，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考。
本文的研究不仅有助于深入理解焊接过程中的热-力行为，为优化焊接工艺参数和提高产品质量提供理论支持，同时也为ANSYS软件在焊接数值模拟领域的应用推广和进一步发展奠定了基础。
二、焊接理论基础焊接是一种通过加热、加压或两者并用，使两块或多块金属在原子层面结合形成永久性连接的工艺过程。
焊接过程涉及复杂的物理和化学变化，包括金属的熔化、凝固、相变以及应力和变形的产生等。
因此，深入了解焊接过程的理论基础对于准确模拟焊接过程中的温度场和应力分布至关重要。
焊接过程中，热源将能量传递给工件，导致工件局部快速升温并熔化。
熔池形成后，随着热源的移动，熔池中的液态金属逐渐凝固形成焊缝。
焊接热源的类型和移动速度、工件的材质和厚度等因素都会影响焊接过程的温度场分布。
为了准确模拟这一过程，需要了解各种热源模型（如移动热源模型、体积热源模型等）及其适用范围，并选择合适的模型进行数值模拟。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法，广泛应用于各种工程结构中。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。
因此，对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。
本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型，设定材料的热学性能参数，如热导率、比热容等。
同时，设定焊接过程中的热源模型，如高斯热源模型等。
2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分，以便更好地捕捉温度场的分布情况。
设定边界条件，包括环境温度、对流换热系数等。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解，得到焊接过程中的温度场分布情况。
分析温度场的变化规律，研究焊接过程中的热循环行为。
三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型，设定材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等。
同时，导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。
2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分，并设定约束条件，如固定支座等。
这些约束条件将影响应力的分布情况。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解，得到焊接过程中的应力分布情况。
分析应力的变化规律，研究焊接过程中的残余应力分布情况。
同时，结合温度场分析结果，研究温度与应力之间的关系。
四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟，得到了焊接过程中的温度场分布情况。
结果表明，在焊接过程中，焊缝处的温度较高，随着距离焊缝的增大，温度逐渐降低。
同时，随着时间的变化，温度场呈现出明显的热循环行为。
2. 应力分析结果在应力分析中，我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。
这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域，并呈现出一定的规律性。
ANSYS计算温度场及应力场
ANSYS计算温度场及应力场在ANSYS中计算温度场需要考虑的因素有很多，比如热源、热传导、边界条件等。
首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。
然后，我们可以选择合适的求解器，比如热传导方程求解器，来解决温度场的传导问题。
在建立模型时，需要给定材料的热导率和密度等属性，这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。
对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS 的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS中。
然后，我们需要给定边界条件，比如边界上的温度和热通量。
这些条件可以通过实验测量或者根据实际情况进行估计。
在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决温度场的传导问题。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
这些方法可以根据不同的情况选择合适的求解器，并通过迭代计算来获得温度场的分布。
在计算完温度场后，我们可以使用ANSYS的后处理工具来分析和可视化结果。
例如，可以绘制温度云图、温度剖面和温度梯度图，以展示温度场的分布情况。
此外，还可以计算温度场的平均值、最大值和最小值等统计量，以评估系统的性能和安全性。
另外，ANSYS还可以用于计算应力场。
在计算应力场时，需要考虑的因素包括材料的应变-应力关系、加载条件和几何形状等。
首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。
然后，选择合适的求解器，比如有限元法求解器，来解决应力场的静力学问题。
在建立模型时，需要给定材料的弹性模量、泊松比和密度等属性。
这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。
对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS 中。
然后，我们需要给定加载条件，比如施加在模型上的力和边界约束。
这些条件可以根据实际情况进行估计。
在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决应力场的静力学问题。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、边界元法和模态分析等。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程的不断发展，焊接作为连接各种金属材料的主要方法之一，其过程和结果的研究显得尤为重要。
焊接过程中，由于局部高温和材料相变，会产生复杂的温度场和应力分布。
这些因素对焊接接头的质量、强度和耐久性有着重要影响。
因此，对焊接温度场和应力的数值模拟研究具有重要的理论和实践意义。
本文将基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究。
二、焊接温度场的数值模拟研究1. 模型建立在ANSYS中，我们首先需要建立焊接过程的物理模型。
根据实际焊接条件和材料属性，设定合理的几何尺寸和材料参数。
同时，考虑到焊接过程中的热源分布、热传导和热对流等因素，我们采用适当的热源模型和边界条件。
2. 网格划分与求解在模型建立完成后，我们需要对模型进行网格划分。
网格的精细程度将直接影响模拟结果的准确性。
接着，我们设定求解器，根据热传导方程和边界条件进行求解。
通过求解，我们可以得到焊接过程中的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟研究1. 热弹性-塑性本构关系焊接过程中，由于温度的变化，材料将发生热膨胀和收缩。
这种热膨胀和收缩将导致应力的产生。
在ANSYS中，我们需要设定合理的热弹性-塑性本构关系，以描述材料的热膨胀和收缩行为。
2. 应力求解与分析根据热弹性-塑性本构关系和温度场分布，我们可以求解出焊接过程中的应力分布。
通过对应力结果进行分析，我们可以了解焊接接头的应力分布情况，从而评估焊接接头的质量和强度。
四、结果与讨论1. 温度场分布通过ANSYS模拟，我们可以得到焊接过程中的温度场分布。
温度场分布将直接影响焊接接头的质量和性能。
我们可以观察到，在焊接过程中，局部高温将导致材料发生相变和热膨胀。
同时，热对流和热传导将影响温度场的分布。
2. 应力分布在得到温度场分布的基础上，我们可以进一步求解出焊接过程中的应力分布。
应力分布将直接影响焊接接头的强度和耐久性。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和工业自动化技术的飞速发展，焊接技术已经成为一种关键的加工手段，被广泛应用于机械、船舶、航空和汽车等领域。
焊接过程中的温度场和应力分布直接影响焊接质量和性能。
因此，通过数值模拟研究焊接过程中的温度场和应力分布具有重要意义。
本文利用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟，分析温度场和应力的变化规律，为优化焊接工艺和提高焊接质量提供理论依据。
二、ANSYS在焊接模拟中的应用ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，具有强大的热-结构耦合分析能力。
在焊接模拟中，ANSYS可以通过建立三维模型、设定材料属性、加载边界条件等方式，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟。
通过ANSYS软件，我们可以更加直观地了解焊接过程中的温度分布和应力变化，为优化焊接工艺提供理论支持。
三、焊接温度场的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，设定材料属性，包括热导率、比热容、热膨胀系数等。
根据实际焊接工艺，设定加热速度、焊接速度、电流等工艺参数。
（二）温度场模拟与结果分析在设定的边界条件下，模拟焊接过程中的温度场变化。
通过分析温度场的分布规律，可以得出焊接过程中各部位的加热速度、峰值温度等信息。
结合实际工艺参数，可以优化焊接工艺，提高焊接质量和效率。
四、焊接应力的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定与温度场模拟类似，在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，并设定材料属性。
考虑到焊接过程中的热-结构耦合效应，需要设定材料的热弹塑性本构关系。
（二）应力模拟与结果分析在模拟过程中，考虑热-结构耦合效应，分析焊接过程中的应力分布和变化规律。
通过分析应力场的分布、大小和变化趋势，可以得出焊接过程中各部位的应力状态和变形情况。
结合实际工艺参数和应力分布规律，可以优化焊接工艺，减少焊接过程中的残余应力和变形。
五、结论本文利用ANSYS软件对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。
基于Ansys Workbench雅阁ISG温度场仿真分析
基于Ansys Workbench雅阁ISG温度场仿真分析李新华1杨国威1李哲然2（1．湖北工业大学电气与电子工程学院，430068；2．华中科技大学控制科学与工程系，430074）摘要：本文研究基于Ansys Workbench ISG温度场仿真方法，在此基础上使用Ansys Workbench软件对本田Accord ISG不同工况下的温度场进行仿真，并与电枢绕组温升试验结果做比较，同时讨论电机温度对转子磁钢和磁桥结构的影响。
关键词：ISG，Ansys Workbench，温度场仿真，应力分析Accord ISG Temperature Field Simulation Based onAnsys WorkbenchLI Xinhua1，YANG Guowei1，LI Zheran2（1．School of Electrical & Electronic Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan430068，China2．Department of control science and Engineering，Huazhong University of Science andTechnology，Wuhan 430074，China）Abstract:In this paper，ISG temperature field simulation method is researched based on Ansys Workbench．On this basis, the temperature field of the Honda Accord ISG different operating conditions are simulated by Ansys Workbench．And it is compared with the armature winding temperature rise test results．The impact of the motor temperature of the rotor magnet and the magnetic bridge structure are also discussed．Keywords:ISG，Ansys Workbench，temperature field simulation，stress analysis1 引言轻度混合动力汽车集成式起动-发电机ISG（ISG: Integrated Starter Generator）功率和转矩密度高、运行工况多变、特别是工作环境温度高、散热条件差，这些都给电机设计带来了新的挑战，仅按有常规的电磁设计是不够的，还需要对其进行温度场的仿真分析与设计。
基于ANSYS软件的异种高强钢焊接接头温度场和应力场的模拟
基于ANSYS软件的异种高强钢焊接接头温度场和应力场的模拟基于ANSYS软件的异种高强钢焊接接头温度场和应力场的模拟摘要：随着工业发展，异种高强钢焊接接头在工程结构中的应用越来越广泛。
为了研究焊接过程中接头的温度场和应力场分布情况，本文利用ANSYS软件进行模拟分析。
通过建立三维焊接模型，对不同焊接条件下的接头温度和应力进行了模拟计算，结果表明，在不同的焊接过程参数下，接头的温度分布和应力分布均有所差异。
该研究有助于优化焊接参数和改善接头的焊接质量。
1. 引言异种高强钢焊接接头由于其高强度和耐腐蚀性，在汽车、船舶等工程结构中得到了广泛的应用。
焊接过程中温度和应力的分布情况对接头的性能和寿命具有重要影响。
因此，对焊接过程中接头的温度场和应力场进行模拟分析，对于优化焊接参数和改善接头的焊接质量具有重要意义。
2. 方法本研究利用ANSYS软件进行异种高强钢焊接接头的温度场和应力场的模拟。
首先，根据焊接接头的几何形状和尺寸，建立三维的焊接模型。
然后，根据焊接过程的工艺参数和材料特性，设置相应的边界条件和材料模型。
最后，利用ANSYS软件对不同焊接条件下的接头温度和应力进行模拟计算。
3. 结果与分析通过模拟计算，得到了不同焊接条件下接头的温度分布和应力分布。
在不同的焊接过程参数下，接头的温度分布和应力分布均有所差异。
例如，在焊接电流增大的情况下，接头的温度分布更加均匀，而在焊接速度增大的情况下，接头的应力分布更加均匀。
此外，焊接过程中的冷却速率也会对接头的温度和应力产生影响。
4. 讨论与展望本研究对异种高强钢焊接接头的温度场和应力场进行了模拟分析，得到了接头在不同焊接参数下的温度和应力分布。
然而，由于模拟分析的复杂性和计算资源的限制，本研究仅考虑了一些典型的焊接参数和条件。
进一步的研究可以探讨更多的焊接参数和条件对接头性能的影响，以及其他因素对接头性能的影响，如焊接速度、热输入等等。
5. 结论本研究利用ANSYS软件对异种高强钢焊接接头的温度场和应力场进行了模拟分析。
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平台的管线钢焊接温度场模拟的开题报告
基于ANSYS平台的管线钢焊接温度场模拟的开题报告一、选题背景和研究意义管线是输送石油、天然气等重要能源的重要设施，而钢管是其中主要的材料。
然而，钢焊接的质量对管线的安全运行以及寿命有着至关重要的影响。
而钢管的焊接又涉及到很多的工艺参数，如焊接电流、焊接速度、焊接角度等等。
这些参数的不同组合会导致焊接时的温度分布产生较大差异。
而钢材在不同温度下的物理性质也具有很大差异，因此管线钢焊接时的温度场模拟对于预测焊接后钢管的力学性质、寿命等具有重要的指导意义。
因此，基于ANSYS平台进行管线钢焊接的温度场模拟，可以对焊接工艺参数进行优化，提高管线的安全运行及其寿命，这也是本研究的主要意义。
二、研究方法与步骤1.确定研究对象：选取典型的管线钢材作为研究对象，以其管径、壁厚等参数为实验条件，进行管线钢焊接的温度场模拟。
2.建立有限元模型：根据研究对象的几何形状、材料性质等参数，采用ANSYS软件建立相应的有限元模型。
3.确定边界条件：将实验条件和研究对象的特点应用于有限元模型，确定管线钢焊接时的边界条件。
4.进行参数优化：利用ANSYS的计算分析功能，对管线钢焊接的温度场进行波形分析、梯度分析等。
并根据分析结果，对焊接工艺参数进行优化。
5.进行仿真分析：对优化后的焊接工艺参数，进行多次焊接的温度场模拟，并对结果进行校验，得到管线钢焊接后的力学性质及其寿命等相关指标。
三、研究预期通过该研究，可以获得以下预期结果：1.建立基于ANSYS平台的管线钢焊接温度场模拟模型，可实现模拟不同焊接工艺参数下的温度分布输出。
2.优化焊接工艺参数，提高管线钢焊接时的焊接品质，确保管线的安全运行。
3.模拟并分析管线钢焊接后的力学性质及其寿命等相关指标，为管线工程的安全运行提供有力的技术支撑。
四、研究难点1.建立对管线钢焊接的温度场精确建模，尤其是对于复杂的焊接结构。
2.对焊接工艺参数进行优化，确定不同焊接参数对焊接质量的影响。
3.钢材的物理性质在不同温度下的变化情况，以及钢材的断裂行为等相关性质的研究。
基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析毕业论文设计
本科毕业论文（设计）论文题目：基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析摘要本文以规格为50kg／m的重轨为研究对象，通过综合考虑材料热物性参数随温度的非线性变化、热传导及高压气体冷却等动态边界条件，运用ANSYS软件，采用有限单元法，建立了淬火重轨的瞬态温度场和应力场的三维模型。
通过ANSYA软件仿真淬火重轨各个时间段的温度场。
根据重轨温度场的变化规律，选择合理的喷风压强，最终得到理想的索氏体组织。
在数值模拟计算的过程中，输入在不同的喷风压力下的对流换热系数，得到相应的温度场和应力场结果，并对结果进行了分析。
计算了强制冷却、空气自然对流等淬火过程的温度场和应力场分布情况，分析淬火时间对温度场和应力场的影响。
得到最佳的喷风冷却时压强，从而为实际生产制定合理的重轨淬火工艺提供了依据。
关键词：重轨，淬火，温度场，应力场，ANSYS2Simulation of quenching temperature field and stress field forheavy rail based on the ANSYSAbstractThe specification of 50kg／m—heavy rail was taken as investigated subject in this paper．In this model．the equivalent thermal capacity method was used to deal with the influence of latent heat on temperature filed and the transformation stress which resulted from phase transformation was taken into account using the equivalent linear expansion coefficient method．The impact of material’s non-1inear parameter on temperature field was considered．The results show that the simulation result is identical with the measuring temperature．According to the distribution of temperature field，the time of compressed air should be controlled．The ideal sorbitecan be gained．During the process of calculating in numerical simulation，inputted the convective heat transfer coefficient under different wind pressure received the corresponding result of temperature field and stress filed，and analyzed the result．This paper analyzed that calculated heating，keeping warm，force cooling and air coo ling’s temperature field and stress filed distribution in such different operating modes．Get the best heating, thermal insulation, cooling, natural air time and the result can be used to guide the quenching process design．Key words：Heavy rail，Quenching，Temperature field，Stress filed，ANSYS目录第一章绪论 (1)1.1课题研究意义 (1)1.2影响重轨淬火技术的主要因素 (2)1.3重轨淬火数值模拟的国内外研究现状 (3)1.4研究内容 (4)第二章重轨淬火温度场和应力场的理论基础 (5)2 42.1重轨淬火温度场理论基础 (5)2.1.1热传递方式 (5)2.1.2重轨淬火时定解条件 (5)2.1.3淬火时热传导初始条件 (6)2.1.4重轨淬火的边界条件 (7)2.2重轨淬火应力场理论基础 (8)2.2.1热弹性和热塑性问题 (8)2.2.2热弹塑性问题的求解 (9)2.3组织场求解理论基础 (10)第三章重轨温度场和应力场ANSYS仿真过程 (10)3.1用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的方法 (10)3.2用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的步骤 (11)3.2.1建立重轨的三维模型 (11)3.2.2确定重轨的各项材料参数及初始条件 (12)3.2.3ANSYS仿真重轨温度场和应力场的基本步骤 (12)第四章重轨淬火过程的温度场和应力场分析 (21)4.1研究不同压强下温度场和应力场的前提条件 (21)4.2不同压强下喷风温度场对比分析 (22)4.3不同压强下喷风应力场对比分析 (25)第五章全文总结 (28)5.1论文研究结论 (28)5.2论文研究的不足及展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)2 6第一章绪论1.1课题研究意义淬火是机械零件生产加工过程中的关键环节之一, 它涉及到传热学、金属相变动力学、化学、力学等多种学科. 淬火过程是一个温度、应力、相变相互影响的高度非线性问题, 在理论上对温度场、组织场、应力场耦合求解几乎是不可能的。
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 ）
CAE-在铸造系统温度场和应力场数值模拟中对ANSYS的理论验证
瞬态温度场分析结果
•左图为 t＝1.9s（第10步）时刻的温度云图。 •右图为 t＝（第60步）时刻的温度云图。
温度云图
瞬态应力场分析结果
•由数值模拟的分析结果可以看出：初始时铸件温度高，铸型温度低，由于热传导的作用，铸件因温度降低 而收缩，铸型因温度升高而膨胀。 • 系统产生热应力的原因有二个：1.由于铸件左边壁面收缩时受到铸型的阻碍，在环向产生拉应力；2.铸件 热传导使其内部温度分布不均匀，中心温度高，靠壁面温度低，由于收缩程度不同，在铸件外层环向产生 拉应力，内层环向产生压应力。应力云图与理论分析完全吻合。
• 图示系统，由于铸件与铸型的材料不同， 二者之间的界面需采用接触单元分析。
• 在模拟分析中发现，无论采用直接法还是 间接法求解，当界面之间出现裂缝时，接 触单元失效，程序无法继续进行。
• 因此需要探索在这种情况下如何正确使用 ANSYS来求解问题，对其进行理论验证。
本文对ANSYS软件进行理论验证的方法是：
1.考虑较为简单的工况，其结果具有解析解，然后将ANSYS的分析结果 与解析解进行比较；
2.其次考虑稍微复杂一些的工程算例，对其结果可以进行直观判断和定性 分析。
验证的目的在于考察系统物理性质的非线性、接触单元模拟的正确性以 及热－应力耦合场的分析功能。
二、简单算例的理论验证
• 假设有一实心圆柱体A1，外面依次套上两个环形圆柱体A2和A3，该模型可视为厚壁筒， 这是一个二维轴对称问题，根据弹性力学的计算公式可以求出其解析解。
• 采用ANSYS对其进行求解，A1、A3视为铸型，材料为45钢，初始温度30，A2为铸件， 材料为铝合金，初始温度650 。各圆柱体之间的界面采用接触单元。
• 下图为几何模型和有限元模型。
基于ANSYS的钢包温度场及应力场的仿真研究
内衬材料中，工作层内衬为含 ８０％氧化铝的高铝砖，永久层内 衬为含 ６０％ 氧化铝的高铝砖，密度取为 ２８４０ ｋｇ／ｍ３，上下渣线 采用的是镁碳砖，密度为 ２８９０ ｋｇ／ｍ３。比热容及导热系数随温
１ 钢包温度场的仿真分析
１．１ 模型的建立 钢包是由“金属—耐火材料”复合结构材料构成，其外壳呈
桶状结构，内侧砌筑耐火材料。其中耐火材料分为安全层、中间 工作层和上下渣线。由于钢包结构及热应力分布特点，在研究 高应力区的热应力时，可将其视为轴对称结构，取钢包的回转 面作为简化模型进行分析，如图 １ 所示。
导热系数组合下 ２８２０ｍｍ 高度钢包径向温度场分布图。由图中
可知：工作层和永久层的导热系数相同或者接近较为合适。否
则，在钢包径向的不同位置会产生较大的温度梯度。
表 １ 材料的导热系数取值 单位：Ｗ·ｍ－ １·Ｋ－ １
工作层
１．０
２．２５
３．５
永久层
３．５
２．２５
１
３６
（ａ ）表面温度
（ｂ）２８２０ｍｍ 高度上径向温度 图 ７ 不同包衬导热系数组合时钢包温度场分布
李华川，黄尚猛，陈晓云
（广西机电职业技术学院，广西 南宁 ５３０００７）
摘要：钢包是连铸生产线上的重要设备，其内衬的热应力是影响钢包寿命的主要因素。运用有限单元软件 ＡＮＳＹＳ 对钢包的温度场和应
力场进行了仿真，讨论了钢包各种参数对钢包温度场和应力场影响，结果表明，包衬工作层和永久层的导热系数最好一致或者接近。同
钢包内衬材料弹性模量对包壳表面应力的影响见图 １０ 所 示。从图中可以看出，内衬材料弹性模量的变化对钢包包壁的 底部影响并不大，原因与前面的相同。在包壁的其他部分，包壳 的综合应力随着内衬材料弹性模量的增加而变大，平均每增加 １×１０９Ｎ／ｍ２，表面综合应力增加 １５ ＭＰａ，这直接影响包衬材料 的选取。为研究不同弹性模量下的包壳应力，在原有内衬材料 弹性模量的基础上分别增加和减少 １×１０９Ｎ／ｍ２、２×１０９Ｎ／ｍ２， 所得结果如图 １０ 所示。
基于ANSYS钢结构的焊接温度场仿真分析
０ 引言
在 焊 接 实验 中 ，仅 仅 依 靠 物 理 测 量 对 焊 接温
度 场 的研 究 ， 但 浪 费 了 大 量 的 人 力 物 力 ， 而且 不 现 有 的条 件 也 限 制 了其 发 展 ，随 着 数 值 分 析 的 引
入 及 计 算 机 技 术 的 发 展 ，利 用 有 限 元 分 析 可 以迅 速 准 确 地 获 得 焊 接 温 度 场 的 整 体 分布 ，并 实 现其 动 态 变 化过 程 的 模拟 ｎ】 由于钢 结构具 有 高 的 高 ＇ ２ 。 温 热 导 率 ，使焊 件 局部 存 在较 长 的高 温停 留时 间 ， 从 而引起焊 后焊件发生 较大的残余 应力和变形 ，
１
訇 地
基于Ａ ＹＳ ＮＳ 钢结构 的焊接温度场仿真分析
Ｆｉ ｔ ｅｍ ｅｎｔａｎ ｙ ｓ ｏ Ｇ ｅｌ ｎｉｅ ｅｌ ａｌ ｓｉ ｆ ＴＩ ｗ ｄｅｄ ｓｔ ｅｅＩｂａｓ ｅｄ ＮＳＹＳ ｏｎ Ａ
李
波
Ｌ ｌ Ｂｅ
（ 吉林广播 电视大学 辽源分校 ，辽源 １ ６ ０ ） ２ ０ ３
一
其 中， 为焊接效 率， 是热源分布 参数 ； Ｑ 为焊 接 电弧 的功率 ； 为 热源 高度 。 日
其 边 界条 件描 述如 下 ：
钢 板 下 表 面 ：与 垫 板 之 间 的热 传 递 损 耗 ， 以
１ ０（ ｉ
） （ ＋
）
：
０
等效 热传 导 系数 描 述如 下 （ 为环境 温 度 ） ：
本 文 选择 ３ ６ Ｌ不 锈钢 作 为实 验 材料 ，试 验 所 １ 用材 料 的化 学 成分 见 表 １ ，焊 接试 样 为 ５ ｍｍＸ５ ０ ０ ｍｍＸ４ｍｍ 的 钢 板 ，焊 接 方 式 采 用对 接 。 为 提 高
基于ANSYS的地铁车站钢筋混凝土侧墙温度应力仿真分析
基于ANSYS的地铁车站钢筋混凝土侧墙温度应力仿真分析李少波;陈昌萍;刘永淼;林金华;陈昉健
【期刊名称】《施工技术》
【年(卷),期】2018(47)21
【摘要】借助有限元计算软件ANSYS,对地铁车站混凝土侧墙浇筑后的温度场和应力场进行模拟.讨论不同混凝土保护层厚度和边界约束强度对车站侧墙混凝土温度应力分布的影响.研究表明,在底梁约束条件不变的情况下,保持一定的地下连续墙约束强度,能略微减小侧墙混凝土结构在热膨胀作用下产生的最大拉应力,而减小底梁的约束强度能有效减小混凝土的拉应力.
【总页数】5页(P20-23,87)
【作者】李少波;陈昌萍;刘永淼;林金华;陈昉健
【作者单位】厦门轨道交通集团有限公司,福建厦门 361000;厦门理工学院土木工程与建筑学院,福建厦门 361024;厦门轨道交通集团有限公司,福建厦门 361000;中交一公局厦门工程有限公司,福建厦门 361000;厦门理工学院土木工程与建筑学院,福建厦门 361024
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.401;U231
【相关文献】
1.基于ANSYS的钢筋混凝土梁粘钢加固仿真分析 [J], 洪芳;吴兰鹰;贺广零
2.基于ANSYS的钢筋混凝土板温度应力分析 [J], 章蓓;张玉梅;陈庆飞;邢婕思;景
琬淇
3.应用ANSYS软件二次开发进行坞式船闸施工期温度及温度应力仿真分析 [J], 代礼红;卢文蕾;解学超;方朝阳
4.基于ANSYS的换流变基础温度场及温度应力仿真分析 [J], 江飞;陈传新;陈寅
5.基于ANSYS的严寒地区拱坝温度应力仿真分析 [J], 吴庆华;王玉甫;吴雷
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究摘要：本文通过使用ANSYS仿真软件，针对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。
首先，对焊接过程进行了理论分析，分析了焊接过程中的热传导、热传递和热辐射等因素对焊接温度场的影响。
然后，利用ANSYS软件对三维焊接模型进行了建模，并对焊接过程进行了数值模拟，得到了焊接过程中的温度场和应力分布。
最后，通过对模拟结果的分析和讨论，总结了焊接温度场和应力分布的特点，并提出了一些改进措施，以提高焊接过程的质量和效率。
一、引言焊接作为常用的结合工艺，广泛应用于制造业和建筑业等领域。
在焊接过程中，温度场和应力分布的研究对于保证焊接接头的质量和可靠性非常重要。
传统的试验方法需要大量的时间和成本，而且难以观察到焊接过程中的内部情况。
因此，使用数值模拟方法对焊接过程进行研究具有重要意义。
二、焊接温度场的理论分析焊接过程中的温度场受到多种因素的影响，包括热传导、热传递和热辐射等。
热传导是由于焊接电弧产生的热量在焊缝和近场区域内的传递。
热传递是由于焊接电弧产生的热量在远场区域内的传递。
热辐射是由于高温熔池表面辐射的热量在焊接过程中的传递。
在理论分析中，需要考虑这些因素对温度场的影响，并建立相应的数学模型。
三、焊接温度场的数值模拟为了研究焊接过程中的温度场，我们使用ANSYS软件对三维焊接模型进行建模，并对焊接过程进行数值模拟。
首先，我们需要确定焊接材料的物理参数和边界条件。
然后，我们建立焊接模型，并进行网格划分。
接下来，我们通过设置焊接电弧的功率和时间来模拟焊接过程。
最后，我们得到了焊接过程中的温度场分布。
四、焊接应力场的理论分析焊接过程中的应力分布受到多种因素的影响，包括热应力、冷却应力和残余应力等。
热应力是由于焊接过程中的温度差异引起的，冷却应力是由于焊接材料的收缩引起的，残余应力是由于焊接材料的变形引起的。
在理论分析中，需要考虑这些因素对应力场的影响，并建立相应的数学模型。
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。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程领域的不断发展，焊接技术已成为生产制造过程中重要的工艺手段。
在焊接过程中，温度场和应力的变化对焊接质量、产品性能及使用寿命具有重要影响。
因此，对焊接过程中的温度场和应力进行准确预测和控制，对于提高产品质量和优化生产过程具有重要意义。
本文基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究，旨在为实际生产过程中的焊接工艺优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立首先，根据实际焊接过程，建立三维有限元模型。
模型中应考虑焊缝、母材等关键部分的几何形状和材料属性。
同时，为提高计算效率，可对模型进行合理简化。
2. 材料属性及热源模型在模拟过程中，需要输入材料的热导率、比热容、热扩散率等热物理参数。
此外，选择合适的热源模型也是关键。
本文采用高斯热源模型，该模型能较好地描述焊接过程中的热输入分布。
3. 数值求解利用ANSYS软件的热分析模块，对焊接过程中的温度场进行数值求解。
通过设定合理的初始条件和边界条件，求解出焊接过程中的温度分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 模型转换在得到温度场分布后，将热分析结果作为应力分析的初始条件。
将热分析模型转换为应力分析模型，并设定相应的材料属性。
2. 应力分析利用ANSYS的应力分析模块，对焊接过程中的应力进行数值模拟。
考虑焊缝收缩、母材约束等因素对应力的影响。
通过求解，得到焊接过程中的应力分布。
四、结果与讨论1. 温度场分析通过数值模拟，可以得到焊接过程中的温度场分布。
分析温度场的变化规律，可以了解焊接过程中的热输入、热传导及热扩散等情况。
同时，还可以预测焊接过程中的潜在问题，如热裂纹、热变形等。
2. 应力分析根据应力分布结果，可以了解焊接过程中产生的残余应力。
残余应力对产品的性能和使用寿命具有重要影响。
通过分析残余应力的分布和大小，可以为优化焊接工艺提供依据。
此外，还可以考虑采用相应的工艺措施，如焊后热处理、优化焊接顺序等，以降低残余应力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｅｘｐａｔｉａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｉｄｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｕｎｂａｌａｎｃｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉ－ ｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｔ ｈａｓ ｐｅｒｆｅｃｔ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｄｙｎａｍｉｃ ｂａｌａｎｃｉｎｇ；Ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ＬａｂＶＩＥＷ； Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ［上接第 ３７ 页］
Ｓ ｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ ｏｆ Ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ Ｆｉｅ ｌｄ ａ ｎｄ Ｓ ｔｒｅ ｓ ｓ Ｆｉｅ ｌｄ ｏｆ Ｌａ ｄｌｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ＡＮＳ ＹＳ
《装备制造技术》２００７ 年第 ６ 期
基于 ＡＮＳＹＳ 的钢包温度场及应力场的仿真研究
李华川，黄尚猛，陈晓云
（广西机电职业技术学院，广西 南宁 ５３０００７）
摘要：钢包是连铸生产线上的重要设备，其内衬的热应力是影响钢包寿命的主要因素。运用有限单元软件 ＡＮＳＹＳ 对钢包的温度场和应
力场进行了仿真，讨论了钢包各种参数对钢包温度场和应力场影响，结果表明，包衬工作层和永久层的导热系数最好一致或者接近。同
（３）无论增加内衬材料的弹性模量还是膨胀系数，都将导
致包壳表面综合的急剧增大。这对钢包的使用极为不利。所以
在选用耐火材料的时候，在符合其他条件的情况下，尽量选择
较小弹性模量和膨胀系数的内衬材料，以降低包壳表面的综合
应力，延长包壳寿命。
参考文献：
［１］ 崔建军．型钢包整体温度场和应力场三维数值模拟［Ｊ］．炼钢，２００６，
钢包内衬材料弹性模量对包壳表面应力的影响见图 １０ 所 示。从图中可以看出，内衬材料弹性模量的变化对钢包包壁的 底部影响并不大，原因与前面的相同。在包壁的其他部分，包壳 的综合应力随着内衬材料弹性模量的增加而变大，平均每增加 １×１０９Ｎ／ｍ２，表面综合应力增加 １５ ＭＰａ，这直接影响包衬材料 的选取。为研究不同弹性模量下的包壳应力，在原有内衬材料 弹性模量的基础上分别增加和减少 １×１０９Ｎ／ｍ２、２×１０９Ｎ／ｍ２， 所得结果如图 １０ 所示。
（ｂ） 材料的导热系数曲线 图 ２ 钢包材料的物性参数
收稿日期：２００７－ ０４－ ０３ 作者简介：李华川（１９７８—），女，广西陆川人，在职硕士研究生，主要从事机械设计与制造及其自动化方面的教学与研究。
３５
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮＯ．６，２００７
图 ３ 包壳温度测量结果和仿真结果 １．４ 钢包工作层尺寸对温度场分布的影响
导热系数组合下 ２８２０ｍｍ 高度钢包径向温度场分布图。由图中
可知：工作层和永久层的导热系数相同或者接近较为合适。否
则，在钢包径向的不同位置会产生较大的温度梯度。
表 １ 材料的导热系数取值 单位：Ｗ·ｍ－ １·Ｋ－ １
工作层
１．０
２．２５
３．５
永久层
３．５
２．２５
１
３６
（ａ ）表面温度
（ｂ）２８２０ｍｍ 高度上径向温度６（ａ）中的温度曲线可以看出：随着导热系数的不断增 加，钢包外表面的最高温度在不断上升，当工作层和永久层的 导热系数达到 ３．５Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１ 时，包壳的上渣线处最高温度接 近 ３８０℃。图 ６（ｂ）是不同导热系数情况下钢包厚度方向的温度 分布。从图中可以看出导热系数的增加可以减小径向温度的梯 度，降低钢包径向的梯度应力。实际使用时应综合考虑钢包的 表面温度和梯度应力。对本例来讲，包衬的耐火材料的导热系 数低于 ２．５ Ｗ·ｍ－ １·Ｋ－ １ 比较合适。
图 ６ 不同包衬导热系数时温度变化规律
为了研究工作层和永久层的导热系数的搭配对钢包温度
场的影响，选取不同导热系数的组合，如表 １。这三种导热系数
组合下钢包表面温度场分布如图 ７（ａ）所示。从图中可以看出：
当工作层的导热系数比永久层大很多的时候，钢包表面温度变
化很大，在高度方向将会产生较大的温度应力。图 ７（ｂ）是三种
ＴＡＮＧ Ｚｈｉ－ ｈｏｎｇ１， ＬＩＵ Ｊｉｎｇ－ ｎｅｎｇ１， ＨＵＡＮＧ Ｂｉｎｇ－ ｑｉｏｎｇ１， ＬＵ Ｆｕ－ ｎｉｎｇ２ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４， Ｃｈｉｎａ２． Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ， Ｇｕａｎｇｘｉ
２ 钢包综合应力场及其主要影响因素分析
２．１ 钢包综合应力场计算 由于包壳和包衬材料的热胀系数和温升不一致，会使包壳
受到一定的外胀压力。根据以上计算钢包温度场分布，把温度 载荷加到模型上，对钢包进行热应力计算。图 ８ 为钢包包壳表 面应力仿真计算结果，最大值出现在包壁与包底的连接处，接 近 ２５０ＭＰａ。
图 ４ 不同厚度工作层包壳表面温度
（ａ ）表面温度
（ａ ） １１９５ｍｍ 高度
（ｂ） ２８２０ｍｍ 高度 图 ５ 不同厚度工作层钢包径向温度分布 图 ５ 分别是在钢包高度为 １１９５ｍｍ、２８２０ｍｍ 高度上，工作 层不断减薄工况下的温度分布。随着工作层的不断减薄，钢包
（ｂ）２８２０ｍｍ 高度上径向温度
（１０）：１９－ ２２．
［２］ 王志刚．钢包底温度场和应力场数值模拟［Ｊ］．冶金能源，２００４，（７）：
１６－ １９．
［３］ 孔建益．有限元法在钢包温度场模拟中的应用［Ｊ］．湖北工学院学
报，２００２，（６）：６－ ８．
［４］ 刘麟瑞，林彬萌．工业窑炉用耐火材料手册［Ｍ］． 北京：冶金工业出
版社，２００１．
图 ８ 钢包包壳表面应力仿真计算结果
图 ９ 包衬不同膨胀系数情况下包壁应力分布
图 １０ 包衬不同弹性模量情况下包壁应力分布
３ 结论
（１）钢包工作层不断减薄，会导致包壳温度上升加剧，包壳
径向产生较大的温度梯度，所以需要经常对包衬及时维护。
（２）工作层和永久层的导热系数最好一致或者接近。可以
减小钢包和竖直方向的温度梯度。
１．２ 材料物性参数的选取 钢包壳的材质为 ＳＭ ４１ＣＮ （日本钢号），密度为 ７８６０ ｋｇ／ｍ３。
内衬材料中，工作层内衬为含 ８０％氧化铝的高铝砖，永久层内 衬为含 ６０％ 氧化铝的高铝砖，密度取为 ２８４０ ｋｇ／ｍ３，上下渣线 采用的是镁碳砖，密度为 ２８９０ ｋｇ／ｍ３。比热容及导热系数随温
《装备制造技术》２００７ 年第 ６ 期
２．２ 包衬材料膨胀系数及弹性模量对包壳应力的影响 钢包包壳应力主要是因为包衬热胀力所致，主要影响因素
除前述的内衬的尺寸和热传系数外、内衬材料膨胀系数和弹性 模量的变化也有很大的影响。
为研究内衬膨胀系数对包壳应力的影响，在原有系数的基 础上增加和减少 ０．５×１０－６ｍ／℃、１×１０－６ｍ／℃，对包壳应力进行 了分析。结果表明，钢包包壁的底部应力变化不大，如图 ９ 所 示，这是因为包底内衬的膨胀应力主要增加在竖直方向。包壁 的其他部分综合应力值的大小随着内衬材料的膨胀系数的增 加而变大，在包壁中间部分增加的较为明显。当膨胀系数增加 了 １×１０－６ｍ／℃，包壳表面最大应力接近 ２７５ ＭＰａ。
１ 钢包温度场的仿真分析
１．１ 模型的建立 钢包是由“金属—耐火材料”复合结构材料构成，其外壳呈
桶状结构，内侧砌筑耐火材料。其中耐火材料分为安全层、中间 工作层和上下渣线。由于钢包结构及热应力分布特点，在研究 高应力区的热应力时，可将其视为轴对称结构，取钢包的回转 面作为简化模型进行分析，如图 １ 所示。
［下转第 ４０ 页］
３７
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮＯ．６，２００７
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ ｏｎ Ｐ ｏｒｔａ ｂｌｅ Ｄｙｎａ ｍｉｃ Ｂａ ｌａ ｎｃｉｎｇ Ｔｅ ｓ ｔｉｎｇ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ Ｖｉｒｔｕａ ｌ Ｉｎｓ ｔｒｕｍｅ ｎｔ
工作层的厚度直接影响钢包的温度场分布。由于工作的环 境恶劣，工作层逐渐受到钢水的侵蚀而减薄，从而造成包壳的 温度逐渐上升。图 ４ 为钢包工作层厚度从 ５ｍｍ 到 １００ｍｍ 逐次 减薄的 １１ 个工况下包壳温度的变化规律。从图中可以看出，随 着工作层的不断减薄，包壳的整体温度不断上升，并且在减薄 后期，减薄相同厚度的工作层，温度的上升会比减薄初期的上 升量大得多。在工作层减薄 １００ｍｍ 的情况下，包壳的最高温度 达到了 ４１６℃。
的内衬和外壳的温度也逐渐增大。并且温度梯度迅速增大，从 而增大了热应力。这对钢包的使用是非常不利的，所以钢包在 使用一段时间后有必要对钢包的内衬进行维护。 １．５ 耐火材料导热系数对钢包温度分布的影响
钢包内衬有几种不同的耐火材料，其导热系数也不尽相 同。导热系数的大小，直接影响到钢包温度场的合理分布。所以 通过分析不同的导热系数对钢包温度场的影响，可以合理选择 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 和永久层选取材料相同，不同导热系数情况下包壳表面温度和 ２８２０ｍｍ 高度上径向温度场分布规律如图 ６ 所示。