[发明专利]一种铸件残余应力释放数值模拟方法

说明书

本发明提供了一种铸件残余应力释放数值模拟方法，涉及机械制造领域，通过UG建立有限元仿真模型，HyperMesh划分网格，ProCAST生成模壳和铸件型腔并对铸件凝固和冷却过程中的温度场进行数值模拟，再将铸件、陶芯、模壳及其他部件以ABAQUS能接收的*.inp格式导出，在ABAQUS中建立有限元仿真装配模型，进行残余应力释放的研究，本发明真实的反映铸件在去除模壳及陶芯后的残余应力不断释放、重新分布的过程，解决了铸件应力场分布难以单纯的通过测量的方式进行研究的技术难题，实现了对复杂铸件应力场分布的精准预测。

技术领域

本发明涉及机械制造领域，尤其是一种铸件残余应力的模拟方法。

背景技术

铸件的残余应力组成按照形成原因可以分为热应力、相变应力和机械阻碍应力。其中热应力及相变应力主要是由于凝固加工工艺以及材料本身的特性引起的，而机械阻碍应力是由于铸件受到模壳和陶芯的约束作用引起的。铸件的应力场分布单纯的通过测量的方式进行研究是很困难的，考虑到铸件应力测量的效率及成本，其应力的研究必须结合有限元软件进行数值模拟。而常规的采用ProCAST软件模拟铸件凝固及冷却过程中的应力场分布时，并未消除模壳和陶芯的影响，此时仿真得出是铸件脱模前的残余应力分布，导致仿真结果与实验测量值相差甚远。因此，利用数值模拟的方式精确研究铸件的应力场分布，首先必须能模拟去除铸件模壳和陶芯的过程，使对铸件的机械阻碍应力的影响消除，铸件部分残余应力得到释放。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明针对铸件仿真与实测的约束状态不同，导致应力数据存在偏差的问题，利用ProCAST与ABAQUS各自的优点，采用把ProCAST计算得出的铸件熔模铸造的温度场及单元文件格式转换之后导入ABAQUS中的办法，仿真得出铸件去模前的应力场，再运用ABAQUS“生死单元”技术和“重启动”技术，研究模拟铸件模壳、陶芯去除过程及铸件残余应力释放过程，解决数值模拟结果与实验测量数据偏差较大的问题，并将此发明投入后续研究运用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：UG建立铸件浇注系统模型，铸件浇注系统包括冷铜、选晶器、引晶段、铸件和斜浇道，利用ProCAST软件对铸件的凝固及冷却过程的温度场进行数值模拟，并利用后处理软件Visual-Viewer将铸件温度场导出，再将后处理软件Visual-Viewer应用模式切换至Mesh情况下，分别导出铸件、模壳、冷铜和陶芯的inp模型文件；

步骤2：编写ProCASTABAQUS温度场转换接口和ProCASTABAQUS单元格式转换接口：

利用温度场转换接口将步骤1所得铸件温度场转换为ABAQUS兼容的温度幅值、节点集和预定义场，即将将铸件温度场文件的*.log文件中的除时间历程信息外的其他内容删除，并保存为*.txt格式的文件，然后将铸件温度场文件的*.ntl和*.txt文件导入ProCASTABAQUS温度场转换接口即可进行温度场格式转换，生成的文件均自动保存为*.txt格式；

将步骤1所得的模壳、陶芯的inp文件转换成ABAQUS能兼容的数据格式，即在进行模壳、陶芯单元格式转换时，由于ProCAST导出的*.inp单元文件中包含了组成每个单元的四个节点的信息，因此转换前，利用EmEditor软件将节点信息全部删除，只保留各个组件的单元信息并保存为*.txt格式文件，导入接口即可转换成ABAQUS所需格式的模壳和陶芯单元文件；

步骤3：将步骤1导出的铸件、模壳、冷铜和陶芯inp模型文件导入ABAQUS中进行装配，设置静力稳态分析步一，并在分析步一中设置一个幅值集，除换热条件外，分析步一中的边界条件设置均与ProCAST保持一致；