钢砂铸件变形和型态余量的预测( Prediction of distortions and pattern allowances in steel sand castings )

DJ Galles

刊头标识论文和学位论文爱荷华大学爱荷华大学在线研究2016年夏季钢砂铸件变形和模式允许量的预测丹尼尔约瑟夫盖尔斯爱荷华大学版权所有2016年丹尼尔约瑟夫盖尔斯本论文可在爱荷华大学在线研究:https://ir.uiowa.edu/etd/2077推荐引用盖尔斯，丹尼尔约瑟夫。钢砂铸件变形和型式余量的预测。爱荷华大学博士（哲学博士）论文，2016年。https://doi.org/10.17077/etd.1vr08qwp以下内容和其他作品见：https://ir.uiowa.edu/etd Daniel Joseph Galles的机械工程公域的一部分《钢砂铸件中变形和模式允许量的预测》提交的论文部分满足了爱荷华大学研究生院机械工程哲学博士学位的要求2016年8月论文导师：Christoph Beckermann研究生院爱荷华大学爱荷华市，爱荷华州批准证书博士论文这是为了证明博士。Daniel Joseph Galles的论文已通过2016年8月机械工程哲学博士学位毕业论文审核委员会的审核。论文委员会：Christoph Beckermann,论文主管H.S.Udaykumar Jai LLiuu Hongtao Ding Colby Swan承认，如果没有许多人的支持，这项工作是不可能的。我想对我的导师克里斯托弗·贝克曼教授表示感谢，感谢他的支持、指导和坚持，使我坚持最高的标准。我要感谢我的论文委员会的成员，H.S.教授。Udaykumar、贾璐、丁洪涛和Colby Swan的建议和投入。我想感谢凝固实验室的成员，特别是理查德·哈丁，感谢他们的支持和鼓励。我也感谢杰里·泰尔和北爱荷华大学金属铸造中心的学生们在铸造试验中的帮助。我要特别感谢我的父母罗杰和唐娜，他们教会了我努力工作、坚持和积极心态的价值。最后，感谢我的妻子卡桑德拉，她在这个充满挑战的过程中坚定不移地支持我。模拟钢砂铸造用粘结砂的热机械行为，对变形和型式余量的预测具有重要意义。在本研究中，通过两个实验装置测量了铸件与砂型之间的机械相互作用所产生的变形，并通过有限元应力分析预测了变形。铸件的几何形状包括一个空心圆柱体用于第一个实验和U形支架用于第二个实验。利用与石英棒连接的LVDTs（线性可变差动变压器）测量了1）圆柱内径和2）支架腿间隙开度的时间变化。在气缸和支架实验中测量到的相当大的畸变主要是由芯部膨胀和芯部约束引起的。模拟采用单向温度-位移耦合，利用工业铸造模拟软件预测温度，并将其作为有限元应力分析的输入。钢是弹粘塑性材料，而结合砂采用Drucker-Prager帽模型。结果表明，在圆柱实验中必须考虑砂土的膨胀（即颗粒介质在剪切力作用下的体积膨胀）。否则，在凝固过程中观察到的内径膨胀远远低于预测。对于支架，应力模拟模型中必须包含裂纹面。如果没有，外部模具限制支架腿被向外推，扭曲预测不足。通过对预测位移与实测位移的匹配，建立了粘结砂土的本构数据集

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