铸造型砂密实过程数值模拟.pdfVIP

铸造型砂密实过程的数值模拟， 孔 劲 曾攀 (清华大学机械工程系 北京 100084) 摘 要 本文在实验数据的基础上，研究造型砂的祸合力学行为，并进行密实过程的数值模拟，就型砂瞬时弹 性模量与应变建立棵合关系，针对压实过程瞬时弹性模量逐渐增加这一非线性行为，在有限元分析平台匕引入 中间变量，并研究相应的直接显式计算方法，在模拟中还考虑接触摩擦等非线性因素的影响，研究了步长对计算 结果的影响、接触对型砂变形过程的影响、模样角点的应力分布特征以及 “拱桥效应”的变化趋势，同时将计算 结果与实验值进行比较。 关健词 型砂 密实过程 数值模拟 其中 28.18一77.02P, 1 前言 h=P. 这里 6一应力 (单位:MPa) 造型技术是机械行业中实现铸件几何尺寸和 P、一膨润土含量 (2%一14%) 机械性能等要求的关键环节之 。在工业发达国家 中，铸件总量的60%-70%是用湿砂造型 (Green P、一紧实率 (30%-V60%) SandMolding)I艺生产的;在我国，这个比例更 高，达到80%以上。由于砂型质量的好坏将直接 型砂本构关系的材料常数可以通过实验数据的处 影响铸件的合格率，对型砂的压实过程进行精确的 理来获取，见图l, 数值模拟 1「1[21，在实际生产中可以预测造型质量 和优化丁艺。 2型砂密实过程数值模拟的特征 2.1型砂的本构关系 考虑型砂的以下特征 3【1 (a)Stress-Strianrelationship (1)假定型砂是均匀、连续、各向同性的介质。 (2)由于型砂造型过程相对较快，因此，计算 图1型砂的应力应变关系 过程中不考虑回弹。 2.2数值模拟中的技术难点及解决方案 (3)应力加载过程为从零单调增加到最大，卸 载过程为无位移(很小)回弹 2.2.1本构关系的处理 根据以上假定，采用非线性弹性模型，型砂的 型砂的本构关系是较为特殊的一类应力应变 应力一应变关系为: 关系，其本构函数对应变的一阶导数即弹性模量在 6oea(e-b) (1) 变形过程中随着应变的增加而递增，对于这样的模 中 国家自然科学基金资助项目 557 型，一般的商业分析软件(如ANSYS)无法直接予以 直接求解，所以特寻找中间变量，建立它与弹性模 处理4「].因此，我们引入中间变量，建立弹性模 量之间的关系 (图3)。在梅一个外载增量步的计 量与中间变量之间的关系，在商业分析软件的平台 算中，提取各单元节点的应变值，将它以中间变 上构造直接显式算法，并进行APDL编程来完成计 量的形式赋给相应节点，由于有中间变量值的变 算过程中数据的传递 (图2)，以实现对该复杂应 化，则可以实现弹性模量的变化，从而完成整个非 力应变关系的描述和求解口 线性过程的计算。 中间变量 应 变 弹性模量