半连续铸造过程是一个动态凝固过程,铸锭的凝固涉及复杂的物理变化,其中包括传热、质量传输和相变等,各种铸造缺陷如缩孔疏松、裂纹、变形等都是在凝固过程中形成的。高合金成分大规格尺寸的铸锭在铸造过程中,往往容易产生裂纹缺陷。利用现代数值模拟技术对铸锭裂纹产生的条件开展研究,有助于寻找其控制调节机制,获得高质量的无缺陷铸锭。本文首先概述了高强铝合金及其大铸锭半连铸的研究进展情况,总结了铸锭裂纹缺陷及裂纹判据的研究情况,分析了凝固过程温度场、应力场数值模拟的发展及今后的发展趋势,建立了瞬态温度场、热应力场弹塑性有限元法数值模拟的模型。针对目前缺乏7050铝合金高温材料性能参数,以及出于数值模拟的需要,作者对7050铝合金高温情况下的相应材料参数进行了实验测量,并建立了其材料性能参数数据库。其次,本文基于大型铸造模拟软件ProCAST建立了半连铸的热—力耦合模型;定义了半连铸过程复杂的边界条件,并通过热焓值代替比热和潜热值来处理凝固潜热的释放,对半连铸凝固过程进行了仿真;分析了不同工况下温度场、应力场的分布规律和液穴形状,应用现有的裂纹判据对各种铸造裂纹的产生进行了分析,并根据分析结果,提出了消除铸造裂纹的半连铸工艺。研究结果显示:仿真结果与工业现象基本相符,利用本文所得到的规律和结论可以很好地解释各种裂纹缺陷的产生条件,在一定程度上可以指导实际的工业生产。