基于ANSYS的强脉冲磁场及温度场有限元分析

　　在强脉冲磁场作用下，合金凝固组织可以得到显著细化，这是一种新出现的前景十分广阔的新工艺。但其作用机理尚不清楚。本文利用ANSYS有限元分析软件对强脉冲磁场作用下，铝合金定向凝固过程中熔体内的磁场分布、电磁力等进行了数值模拟。为进一步研究强脉冲电磁场对合金凝固组织的影响提供参照。 温度场分析是研究金属材料在凝固过程的各种力学参数、组织结构的重要前提，正确地施加符合实际情况的初始边界条件是温度场分析的关键所在。本文在基于相变热焓法的有限元理论基础上，利用大型通用有限元分析软件ANSYS，对Al-4%Cu合金铸件、航空发动机高温合金铸件和镍基高温合金叶片在凝固过程中的温度场分布进行了细致的研究。 通过本文的研究，得到了以下研究结果： 对强脉冲磁场作用下的Al-Cu合金熔体定向凝固过程中的磁场分布作了数值模拟，并与实验测得结果进行了分析比较。通过ANSYS有限元数值模拟发现，熔体中的脉冲磁感应强度、电磁力等物理量的分布是不均匀的。对于圆柱形样品，磁感应强度、电磁力均在螺线管线圈范围内达到最大。而越远离样品中心，这些物理量的值越小。 对Al-4%Cu合金铸件的温度场进行模拟时，充分考虑了Al-4%Cu合金铸件浇注表面与周围空气之间的对流换热、砂型外表面及冷铁外表面与周围空气之间的对流换热等实际边界条件。在此基础上，对航空发动机铸件熔模铸造凝固过程的温度场分布做了数值模拟，得到了铸件在凝固过程中温度场的变化规律。对应用于航空发动机中的镍基高温合金低压涡轮叶片非定向凝固熔模铸造过程中的温度场分布作了模拟计算，得出了在温度的初始条件和边界条件不断变化的情况下的温度场分布规律。为研究铸件的高温力学性能奠定了重要的理论基础，也为准确地模拟凝固过程中微观组织的演化过程创造了必备的条件。