铸件凝固过程组织计算机模拟研究动态

介绍了铸件凝固组织模拟的3种方法，并对利用各种数值方法所取得的计算机模拟结果进行了评述，重点介绍了各模型的形核和生长的数学模型，同时也分析了这些数学模型所存在的问题，展望了铸件凝固组织模拟的发展方向。     

铸件弃型凝固过程数值模拟发展现状

铸件内在质量很大程度上取决于铸什的充型和凝固过程。将计算流体力学、计算传热传质学和计算机可视化技术应用于铸造工艺设计，可以使铸造技术人员要清楚地了解铸件形成过程，快地确定较为合理的铸造工艺参数。本文对铸件充型和凝固过程的数学模型，计算方法软件方面的发展现状进行了综合评述，并展望了该领域的发展前景。     

复杂铸件凝固的三维有限元数值模拟

论述了复杂铸件凝固的三维有限元数值模拟方法。详细讨论了铸型、铸件使用4结点4面体单元剖分时的有限元控制方程建立过程。作用6结点5面体单元连接铸件与铸型的单元,真实反映铸件与铸型之间的传热现象。     

国外铸件充型凝固过程数值模拟软件介绍

简要介绍了国外优秀的充型和凝固过程数值模拟软件的基本情况和产品特点，对国内相关软件的开发和国内厂家对模拟软件的选择有一定的启示作用。     

散热片砂型铸造过程的数值模拟

用真空负压方法生产铝合金散热片,根据奥赞公式计算散热片的阻流截面积,根据热节圆原理计算冒口尺寸.通过数值模拟,观察铸件充型、凝固过程,预测缺陷所在位置,进行工艺分析及改进.结果表明,通过升高静压头,加大冒口,将缺陷转移至冒口中,可有效地避免铸件中的缩孔、缩松.优化的最佳工艺参数:浇注时间为3 s,浇注温度为740℃时金属静压头高度为40 mm,9个直径为10 mm的冒口.此时充型平稳,无卷气与飞溅；由下至上顺序凝固,可以实现补缩,生产出结构完整的铸件.     

铸钢应力框凝固过程三维应力数值模拟

用ＦＤＭ／ＦＥＭ集成应力分析系统对铸钢应力框的凝固过程热应力进行了三维数值模拟,得到应力框的定量的、动态的变形及其应力变化,并对照它们的凝固条件进行了分析,提出热裂倾向较大的部位。     

基于Procast的进气管砂型铸造的充型凝固数值模拟

运用专业铸造模拟软件Procast对某型发动机进气管进行了数值仿真分析。建立了砂型铸造进气管充型凝固过程中的几何模型和有限元模型。通过对运行参数、边界条件等设置,实现了基于Procast软件对其整个铸造过程模拟。在给定的铸造工艺方案下,充型平缓,凝固顺序遵循顺序凝固原则,没有出现缩松、缩孔现象,满足浇注条件。结果表明,此次铸造工艺设计合理,可依据模拟结果进行实际生产。     

大型数控镗铣床滑枕铸件温度场和热应力数值模拟研究

滑枕是机床的重要部件,铸造品质要求较高。为了研究大型数控镗铣床滑枕铸件在原铸造工艺系统下的铸造过程,应用Pro/E5.0三维造型软件建立了铸件、浇注系统和砂型的三维模型并进行了装配,基于有限元数值模拟计算的方法,就该铸造工艺系统应用铸造过程分析的专业软件Pro CAST计算得出温度场和应力场,为进一步改善滑枕铸件的铸造工艺提供依据。     

基于有限差分法的铸件凝固过程热应力场数值模拟的研究

基于有限差分法（FDM）对铸件凝固过程执应力场进行了三维数值模拟研究，开发了基于微机和Windows平台的通用FDM／FDM铸件热应力场数值模拟原型系统。并采用典型应力框试件和实际铸件对所开发的系统进行了验证同叶进行了涤注试验。并测量了试件的残余应力。结果表明该系统可以用来模拟铸件残余应力的形成和预测热裂产生的倾向。对铸造应力应变分析与传热分析使用同一FD离散模型，避免了采用不同模型进行热—力耦合分析时的结点匹配问题，减小由此产生的单元温度载荷传递误差；同时使得流动场、温度场、应力场数值模拟统一于差分格式下。     

铸件充型凝固过程数值模拟发展现状

铸件内在质量很大程度上取决于铸件的充型和凝固过程。将计算流体力学、计算传热传质学和计算机可视化技术应用于铸造工艺设计 ,可以使铸造技术人员更清楚地了解铸件形成过程 ,快捷地确定较为合理的铸造工艺参数。本文对铸件充型和凝固过程的数学模型、计算方法及商品化软件方面的发展现状进行了综合评述 ,并展望了该领域的发展前景。     

铸造热应力场数值模拟研究的最新进展

时至今日,铸造充型、凝固过程数值模拟已经进入了工程实用化阶段,铸造过程计算机模拟仿真的研究,重点正在由宏转向微观,同时热应力场分析及是宏观模拟的研究热点和难点之一,本文重点介绍了热应力场数值模拟采用的数学模型,数值方法及最新进展,并展望了今后的发展趋势。     

连铸工艺对方坯凝固组织影响的数值模拟

铸坯凝固组织特征对于连铸坯粗坯质量具有重要影响。通过建立重轨钢U71Mn方坯连铸过程中传热和凝固组织模拟数学模型,研究了CA模型特征参数和连铸操作工艺参数对于凝固组织特征的影响规律。研究结果表明：平均形核过冷度控制柱状晶区域,随着该值的增大,柱状晶区域也随之增大;最大形核密度控制晶粒尺寸,该值越大晶粒的尺寸则越小。连铸拉坯速度波动在±0.5m/min时,最终铸态组织特征并没有明显变化,而浇注温度对于最终铸坯组织结构具有较大的影响,晶粒平均半径由15℃的1.555mm增加到45℃的1.721mm,并且中心等轴晶比例逐渐减小。因此,连铸生产过程中,在满足钢液顺利浇注的条件下,降低浇注钢液的过热度会很大程度上改善重轨钢内部组织结构,提高铸坯内部质量。     

定向凝固简化空心叶片热应力数值模拟

定向凝固叶片在凝固过程中产生的热应力会导致叶片最终存在残余应力、变形甚至裂纹而使得叶片报废,故研究叶片凝固过程的热应力变化具有重要意义.通过数值模拟的方法可以对叶片的凝固过程热应力进行模拟,得出应力变化情况,对叶片可能产生的缺陷进行预测.文中采用商用软件ProCAST对定向凝固简化空心叶片的热应力场进行数值模拟,分析空心叶片凝固过程中的热应力变化情况,并通过切割法测量了铸件的残余应力,模拟结果与实验结果吻合较好.     

基于MATLAB平台有限单元法的铸造热应力数值模拟

采用有限单元法(FEM)对铸件凝固过程热应力场进行了三维数值模拟研究,开发了基于MATLAB平台的FEM铸造热应力场模拟程序,采用典型应力框试件对所开发的算法和程序进行了算例验证,并与采用商品化软件ANSYS进行模拟的结果进行了对比,二者吻合良好.结果表明,所采用的算法及开发的程序能较好地预测铸件变形及热应力的集中位置.     

数值模拟技术在大型铸钢件生产中的应用

大型铸钢件在实际生产中易产生缩孔缩松、应力变形等缺陷。本文采用清华大学机械工程系开发的FDM／FEM集成分析系统，对马钢双板轧机机架及5000t油压机横梁凝固过程中的温度场、应力场进行了模拟分析，并根据模拟结果对工艺进行了改进。按照制定的工艺进行实际生产，均一次浇注成功。     

低压铸造下凝固过程缩孔缩松的预测方法研究

基于铸件铸型的传热学基础,详细研究了低压铸造下铸件缩孔缩松缺陷的形态,考虑到低压铸造补缩具有重力补缩和压力补缩双重性质的规律,以及压力对临界固相率的影响,提出了一种新的预测低压铸造下缩孔缩松预测的方法,并建立了数学模型.该预测技术基于中北大学特种液态成形技术研究中心所开发的EasyCast软件进行研究,并集成到该软件中.最后将模拟结果与实验结果进行对比,显示该模型能够较好地表现低压铸件的缩孔缩松.     

铸件凝固过程应力场数值模拟技术

分析了应力场用的数理模拟和数值方法，指出了存在的问题，明确了今后的研究重点。     

铸件热应力影响因素研究

应用应力框灰铸铁试件研究了温度载荷的时间步长和有限元网格尺寸大小等因素对铸件热应力数值模拟结果的影响。在一定条件下，温度场载荷的时间步长对计算精度影响不大但影响计算的效率。当网格数量不大时，减小有限元网格尺寸可以明显提高计算精度，计算的时间增幅不大；当网格数量增加到一定程度后，增加网格数量，计算精度提高幅度较小，而计算时间大幅度增加。所以在满足计算精度的前提下，应选择适当的网格尺寸。     

铸件热应力影响因素研究

应用应力框灰铸铁试件研究了温度载荷的时间步长和有限元网格尺寸大小等因素对铸件热应力数值模拟结果的影响。在一定条件下,温度场载荷的时间步长对计算精度影响不大但影响计算的效率。当网格数量不大时,减小有限元网格尺寸可以明显提高计算精度,计算的时间增幅不大;当网格数量增加到一定程度后,增加网格数量,计算精度提高幅度较小,而计算时间大幅度增加。所以在满足计算精度的前提下,应选择适当的网格尺寸。     

铸件凝固过程数值模拟的生产应用

以燃气轮机缸体、康明斯缸体和重152 t的大型铸钢件校直机架为例,介绍“华铸CAE”铸件凝固模拟软件的实际应用效果。通过凝固模拟,对铸造工艺进行改进,使难度较高的铸件一次试浇成功。