相场法模拟增材制造及焊接过程中显微组织的研究进展

增材制造以及焊接过程都是多物理场耦合的复杂过程,难以采用试验方法直接观测熔池显微组织的演变过程。随着计算材料学和数值模型的快速发展,从数值模拟出发研究凝固过程中的显微组织演变成为可能。对比分析了几类常用的显微组织模拟方法,其中相场法在晶粒形貌模拟准确性上具有独特的优势。综述了相场法在增材制造及焊接领域模拟显微组织的应用现状,并对未来的研究方向进行了展望。     

三维三相纳米陶瓷刀具材料微观组织的相场法模拟

建立了添加两种纳米颗粒的三相陶瓷刀具材料微观组织的相场法模拟模型,改进了三维尺度下的现有模拟算法,提出了一种更为有效的模拟算法,成功模拟了200×200×200单位的三相复合陶瓷刀具材料的微观组织演化过程,提高了计算效率。分别模拟了单相材料与三相纳米陶瓷刀具材料的微观组织演化过程。结果表明,添加纳米颗粒的三相纳米陶瓷刀具材料的晶粒尺寸分布峰值较小,说明纳米颗粒对晶界的钉扎效果明显,起到了较好的细化基体相晶粒的作用。     

二元合金三维枝晶生长的相场法数值模拟

三维枝晶生长相场法模拟由于计算量巨大,同时无法证明微观可解理论是否适用于三维相场模型,因此,对该领域的研究相对较少且进展缓慢.基于耦合温度场与溶质场的相场模型,设计基于动态计算区域的加速算法求解相场模型,以Ni-Cu二元合金的三维模拟计算为例对加速算法进行验证,成功实现了单机上难以实现的三维枝晶生长过程的模拟计算.计算结果表明,模拟计算真实地再现了二元合金三维凝固过程中树枝晶的生长过程,并得到了与结晶理论相一致的枝晶生长规律.加速算法可大大减小计算时间,降低计算模拟对计算机硬件的依赖性,加速效果明显,冗余量小,精确度高,模拟结果更接近工程实际.     

选择性激光熔化工艺的介-微观建模与仿真方法综述

选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)工艺是一个复杂的物理化学冶金过程,既涉及宏观零件尺度、介观熔池尺度和微观金相尺度等多尺度问题,又包含相变、流动、传热、传质等多物理场耦合作用。由于采用实验手段在线观测工艺过程十分困难,并且周期长、成本高,因此高保真的数值模拟方法已成为探究SLM工艺机理、预测工艺成形质量的重要手段。从介观粉末熔池演变和微观凝固组织形成两个方面,详细论述了SLM工艺数值模拟的物理模型与仿真方法的内涵,分析了各个物理模型和仿真方法的特点、优势及其适用范围,并综述了SLM工艺过程介观熔池物理行为和微观组织形貌的数值仿真研究现状。最后,总结了SLM介微观数值模拟方法目前所面临的挑战和发展趋势。     

CAE模拟已延伸到集成的整体解决方案

正目前,无论从广度上讲,还是从深度上讲,铸造计算机模拟仿真技术以前所未有的速度融入铸造生产的各个方面。铸造过程数值模拟技术(CAE)经过了几十年的发展历程,从简单的二维模拟到复杂的三维仿真模拟;从单一的考虑到温度场、流动场或应力场计算发展到同时考虑多场耦合计算;从宏观尺度深入到多尺度的模拟分析,并预测出铸件微观的组织与性能;从普通的重力铸造拓展到熔模、离心、低压、压铸等     

铁路空调客车内三维湍流流动及温度场的实验研究

空调铁路客车室内空气湍流场、温度场的研究是空调客车室内气流组织设计及车室内舒适环境评价与研究的基础，本文采用κ—ε湍流模型，固体区域应用区域扩充方法，对空调客车室内三维空气流场与温度场分布进行了数值模拟研究，为空调客车室内舒适环境的优化研究提供了依据。     

基于非稳态计算对旋风机三维流场的数值模拟

应用三维非定常数值计算方法对矿用对旋轴流风机的非定常特性进行了数值模拟研究。数值计算中将SIMPLE算法与RNGκ-ε湍流模型相结合,以风机三维全流道为计算域,获得了对旋风机叶轮区域3对干涉面上速度场和涡量场的非定常分布。通过数值模拟结果与设计参数和试验结果的比较,验证了数值预测结果的准确性。模拟结果表明,对旋风机在一个旋转周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性。     

地下超市室内气流组织实测与数值模拟研究

重庆某商场地下超市采用散流器上送风、百叶风口侧回风的空调方式。本文通过对该超市建立三维模型来研究其室内气流组织,分别采用现场实测方法和CFD数值模拟得到该超市内温度场和速度场分布。结果表明,数值结果与实测结果吻合良好,研究可为类似大空间多功能超市空调设计和运行提供建议。     

柱型水力旋流器多相流场及分离过程的数值模拟

选用混合模型对柱型水力旋流器的多相流流场和随时间变化的分离机理进行三维数值模拟，对两相流体的切向速度、轴向速度、径向速度、不同时间的体积分布进行模拟。研究成果为前人试验和理论总结提供了有力的理论支持，同时对旋流器的进一步研究提供了更多信息。     

锥形螺旋叶轮血泵全流场三维数值模拟与分析

利用计算计算机辅助设计（CAD）软件进行血泵的三维建模，应用计算流体力学（CFD）方法数值模拟血泵的全三维内流场。数值模拟采用的是非定常的三维N-S方程和基于非结构网格的有限体积法以及κ-ε湍流模型。对血泵的内流场进行了分析，对导流叶片的作用及其对内部流场的影响进行了讨论。所作研究对于锥形螺旋叶轮血泵叶轮和流道的优化设计具有指导意义。     

NUMERICAL ANALYSIS ON THREE-DIMENSIONAL FLOW FIELD OF TURBINE IN TORQUE CONVERTER

Three-dimensional flow field of turbine in torque converter is simulated by numerical calculation in order to improve the performance of torque converter. Calculation model of a torque converter is presented based on the mixing-plane technology. In the calculation of flow field,the 3D N-S equations are separated by finite-volume method and solved by semi-implicit method for pressure-linked equations(SIMPLE). Based on flow field calculation,the flow field of turbine is simulated. The velocity and pressure in the flow field of turbine are analyzed. The external performance of the torque converter is also calculated. Results of flow simulation show that there are secondary flow,off flow and velocity gradient in turbine passage. The validity of numerical simulation is verified by comparing the results of numerical simulation with experiment data.     

大型船用曲轴弯锻成形过程仿真和组织模拟研究

采用DEFORM-3D软件对船用大功率低速柴油机曲轴曲拐弯锻成形过程进行三维数值热模拟试验研究，获得应力、应变、应变速率、温度分布等信息。在DEFORM-3D软件基础上开发了组织模拟用户子程序，可以预测曲轴平均晶粒度的变化。结合仿真数据，并基于元胞自动机法，研究了曲拐弯锻成形动态再结晶过程，分析了应变、应变速率等参数对微观结构演化的影响。     

基于细胞沉积的人工骨微管设计及三维流场分析

针对人工骨微管中细胞均匀粘附和营养成分顺利运输所需流速条件,研究支管与主管道之间的夹角对支管中流速的影响以及沿主管道不同位置的支管中液体速度分布,并结合自然骨微观结构以及流体力学中的能量守恒和流量守恒原理,提出一种强化微循环结构并进行三维粘性流场数值分析,将分析结果与单纯仿形结构的流场分析结果比较,结果表明,该结构流速分布更均匀,支管内流速得到很大程度的提高,有利于细胞均匀粘附和进一步提高人工骨设计孔隙率。     

有限体积法在三维非稳态铝合金挤压过程模拟中的应用

研究基于Euler网格的有限体积法(Finite volume method,FVM)模拟三维大变形非稳态铝型材挤压过程的基本理论和关键技术,应用C语言编制程序求解速度场、温度场等物理场量,并利用运动界面追踪技术--流体体积(Volume of fluid,VOF)方法捕捉材料流动前沿.采用"移动的网格"处理计算区域边界的移动问题,实现对真实物理过程的数值模拟,并将模拟结果与比较成熟的商品化有限元软件DEFORM-3D的模拟结果进行对比,表明所建立的有限体积法模拟模型有效、可靠.结果对比表明,FvM模型的模拟结果更符合实际,证明有限体积法比有限元法更适合大变形挤压过程模拟.     

三维流固两相流的颗粒群轨道柔性模型

将离散单元法(DEM)拓展到三维流固两相流的数值模拟中，提出了颗粒群轨道柔性模型。即在Euler坐标系中表达流体连续相，在Lagrangian坐标系中运用离散单元法表达颗粒离散相，同时考虑颗粒和流体的双向耦合作用，对三维管道中的气固两相流的建模和典型实例进行了可视化的数值模拟。     

对旋轴流风机三维流场的非定常数值模拟研究

应用三维非定常数值计算方法对矿用对旋轴流风机的非定常特性进行了数值模拟研究.数值计算中将SIM-PLE算法与RNG k-ε湍流模型相结合,以风机三维全流道为计算域,获得了对旋风机不同特征面上压力特性的非定常分布.计算结果表明,对旋风机在一个旋转周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性.     

全三维注塑成形流动模拟有限元模型的研究

注塑制品往往具有复杂的几何形状，存在着壁厚的差异。三维流动模型比二维模型能更准确地模拟出熔体充模流动的情况。提出了一种基于全三维模型的注塑成形流动模拟的数学模型和数值实现方法，把速度和压力同次插值的方法成功地应用到三维注塑模拟的计算中，采用三维控制体积追踪塑料熔体的流动前沿，在温度场计算中，全面考虑了对流项在各个方向的影响，使模型的适用范围更广，结果更准确。在此基础上开发了相应的软件，可以计算熔体充模过程中的压力场、速度场和温度场等。实验验证和算例分析说明了三维流动模型的有效性。     

SYSTEM FOR TORQUE CONVERTER DESIGN AND ANALYSIS BASED ON CAD/CFD INTEGRATED PLATFORM

A 3D torque converter design system is developed based on numerical investigation into flow field and CAD technology. The 3D steady-state flow field simulation is undertaken by using time averaged Reynolds equation and k-epsilon turbulence model, with mixing-plane boundary conditions at three section interfaces. The blades are designed according to the flow field characteristics by using a reverse design method in the system. The accurateness of numerical analysis and the validity of design system are verified by the fluid field experiment of desingn example of the torque converter. This kind of design and analysis system for torque converter based on integration of comput ationol fluid dynamics （CFD） and CAD is a powerful tool for torque converter manufacturing, but also a prettg important significance for research and development.