连铸圆坯非均匀传热/凝固行为的无网格计算方法

蔡来强^1,2，王旭东^1,2，姚曼^1,2，刘宇³

1. 大连理工大学材料科学与工程学院2. 大连理工大学辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室3. 东北电力大学机械工程学院

摘 要：基于移动最小二乘近似和变分原理,推导并建立了基于无网格Galerkin （EFG）法的连铸圆坯二维横截面传热/凝固计算模型。以实测结晶器热流为边界条件,模拟分析了圆坯的非均匀凝固行为,重点讨论了节点布置和支持域尺寸等影响无网格模型适用性和计算精度的关键问题。结果表明,建立的EFG模型在节点布置上十分灵活,提出的直角坐标系下的"同心圆"式节点布置方案,可以很好地处理圆坯曲线边界及坯壳凝固界面推进的问题。在支持域尺寸为平均节点间距的1.7倍时,均匀和随机2种节点布置方式下,模型都达到了较高的计算精度。研究结果证实了EFG模型应用于铸坯非均匀传热、凝固计算的可行性和正确性,在凝固界面追踪中体现出显著优势,为后续铸坯传热-力学行为耦合和裂纹预测的研究提供了基础。

关键词：无网格Galerkin法;移动最小二乘近似;非均匀凝固;连铸圆坯;