II型铸件温度场模拟分析

刘艳明，于 静，张安义

（山西大同大学煤炭工程学院，山西 大同 037003）

传统的铸造生产需要反复试验,工艺周期较长,现在正由经验走向科学理论指导[1]。本文采用有限元分析软件ANSYS,对II型铸件进行温度场模拟,预测了凝固进程,缩短了工艺时间,加快了试制周期[2-3]。模拟的铸件，见图1,上下板长0.35 m,宽0.1 m,高0.06 m,中间两板长0.06 m,宽0.1 m,高0.12 m。

图1 铸件模型

1 网格划分及材料特性

网格大小的划分直接影响数值模拟结果。网格划分过小,虽然可以提高计算精度,但计算时间较长；网格划分过大,可以加快计算时间,但计算精度不高。在数值模拟过程中要综合考虑工作效率和计算精度两方面的因素,确定合适的网格大小,本文网格类型选择Thermal Solid,Tet 10node 87。网格大小设定为0.005 m,总网格数为100万。网格划分，见图2。所用材料为ZL101,打开Conductivity for Material Number对话框,在KXX中输入导热系数为151，依次输入密度2.81和比热值0.961。

图2 网格划分

2 加载求解温度场

选定分析类型为Transient即瞬态分析类型，打开自动时间步长，设置求解时间为1200s,并完成其他选项设置后,开始计算。通过ANSYS的通用后处理器读出任一时刻铸件温度场的模拟结果。

通用后处理器查看温度场命令:

General Post proc--PlotResults--Contour plot--Nodal solution。

打开Contour Nodal Solution Data对话框,选择Nodal Solution--DOF Solution--temperature。

不同时刻在ANSYS坐标系Y=0的横剖面和X=0.06 m纵剖温度场分布，见图3。

3 温度场模拟结果分析

图3是在凝固过程中不同时刻II型铸件的温度场分布图。通过模拟发现铸件中的外侧部位最先凝固,温度较低;在凝固过程中铸件在T字中心交叉处温度最高,是最后凝固的地方，此位置容易产生热节,易于聚集热量。……