铸造宏观过程数值模拟技术的研究现状与展望EI北大核心CSCD

本文综述了铸造宏观过程模拟技术的研究现状。对比了不同流动场模型下铸造充型过程的差别,其中,两相流模型可准确地考虑气相对充型过程的影响。分析了不同应力场模型对铸造应力演变过程的适用程度,并阐明了其发展趋势。说明了适用于铸造宏观过程模拟的物性参数的获取及修正方法,即采用实验手段测量合金成分和液固相线温度,通过物性参数计算软件获得合金物性参数并做适当调整,进而结合测温实验对相关参数进行修正。对比了不同铸造工艺下的边界条件,并对高压铸造工艺(速度进口边界)和定向凝固工艺(辐射换热边界)的边界条件进行了说明。对比了不同网格类型的区别,并结合不同网格类型说明了不同数值求解算法的区别,本文认为自适应六面体网格和混合网格类型更适合于有限体积法(充型过程计算)和有限元法(凝固过程和应力计算)。针对各种铸造缺陷,对其预测模型和分析方法进行了说明,并阐明了其发展趋势。     

铸造宏观过程数值模拟技术的研究现状与展望

本文综述了铸造宏观过程模拟技术的研究现状。对比了不同流动场模型下铸造充型过程的差别,其中,两相流模型可准确地考虑气相对充型过程的影响。分析了不同应力场模型对铸造应力演变过程的适用程度,并阐明了其发展趋势。说明了适用于铸造宏观过程模拟的物性参数的获取及修正方法,即采用实验手段测量合金成分和液固相线温度,通过物性参数计算软件获得合金物性参数并做适当调整,进而结合测温实验对相关参数进行修正。对比了不同铸造工艺下的边界条件,并对高压铸造工艺(速度进口边界)和定向凝固工艺(辐射换热边界)的边界条件进行了说明。对比了不同网格类型的区别,并结合不同网格类型说明了不同数值求解算法的区别,本文认为自适应六面体网格和混合网格类型更适合于有限体积法(充型过程计算)和有限元法(凝固过程和应力计算)。针对各种铸造缺陷,对其预测模型和分析方法进行了说明,并阐明了其发展趋势。     

YZ108气缸套压力铸造工艺数值模拟研究

应用UG软件设计气缸套的浇注系统,将仿真铸件实体导入模拟分析软件Anycasting中,采用Anycasting的网格划分功能时YZ108气缸套模型进行有限差分的网格划分,完成铸造分析模型的几何近似和模型化,建立起准确的YZ108气缸套铸造成型系统的有限差分模型.设定铸造工艺参数,运用软件Anycasting进行对YZ108气缸套的模拟仿真浇注实验,分析铸件充型和凝固过程中流场与温度场.模拟结果表明,在给定的工艺参数下,金属液的充型比较平稳、完整,凝固过程合理,基本实现了顺序凝固.并模拟分析得出易发生铸造缺陷位置.     

影响铸件凝固过程诸因素行为的研究

一、引言铸件凝固过程中,铸造合金和铸型都要发生一系列复杂的物理化学变化,因此影响凝固过程的因素很多。其中主要有:铸件的大小和形状;铸造合金成分及其热物性参数;铸型热物性参数;铸造合金与铸型间的边界条件和界面作用;铸型与环境间的边界条件;熔炼、浇注和铸型工艺等。为了使用计算机数值模拟法正确模拟,研究铸件的凝固过程,必须确切把握凝固过程的各个影响因素。其中不少因素,如热物性参数和界面换热系数,在凝固过程中还随时间而变,而实测这些参数又常很困难。为简化数值模拟的计算,有人常把这些参数作为常数处理,而不同文献所录用的数值往往还差别较大。实践证明,如果这些影响因素处理不当,     

钢液导热系数对大型钢锭凝固过程的影响

数值模拟是提高大型钢锭质量、优化浇铸工艺、降低实验费用和帮助缺陷诊断分析的重要手段之一.模拟结果是否可靠很大程度上取决于数学模型假设是否合理,合金热物性参数和边界条件的设置是否准确等因素.利用ProCAST铸造模拟软件,分析了钢液导热系数对钢锭充型和凝固过程中的温度分布、凝固时间和缩孔、疏松的影响规律.结果表明,导热系数的提高显著缩短钢锭整体凝固时间,增加钢锭中心产生缺陷的可能性,因此有必要在模拟计算之前准确测量该物性参数.另外,对于在同一模具中浇铸具有不同物性参数的各类合金,该结果为了解其凝固规律提供了参考.     

先进低成本的铸件浇注和补缩系统设计方法

用实例介绍了一项用于铸造生产的三维模拟技术,通过对金属液充型和凝固过程的数值模拟进行铸造工艺设计,从而在计算机上实现可视铸造过程,能保证既快又省地设计一个优化的铸造工艺.与传统的模数法,经验和试错的工艺设计不同,本模型是用铸件的凝固时间计算补缩系统.从一个铸件凝固模拟开始,根据凝固时间和被补缩的体积,计算冒口和冒口颈的尺寸和数量,再进行铸件加冒口的模拟计算,做必要的修正,直到获得满意的结果,最后根据铸件的临界壁厚、体积、充型速度和浇注温度等参数计算浇注系统.当整个系统设计完成后,模拟计算整个充型和凝固过程以验证设计,做必要的修正,直到获得一个能生产无铸造缺陷铸件的铸造工艺,即保证一次成功生产出合格铸件,节约了时间和成本.     

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。     

影响低压铸造铸件质量的几种因素

分析了低压铸造中合金质量、铸型用材料、工艺设计及充型工艺参数等对铝合金铸件成形的影响,认为通过改进合金熔炼工艺和铸造工艺设计以及改善凝固过程中的充型压力可减少铸件缩孔、疏松及其他铸造缺陷发生的倾向.     

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。     

基于边界切网格的充型过程数值模拟技术研究

浸入边界法主要用于模拟存在复杂外形结构的曲面边界和处理各种动边界的流场问题,目前已广泛应用于计算水力学及空间飞行物的外围压力/速度场计算上。浸入边界法中的边界切网格技术对曲面边界具有很好的适应性,克服了有限差分网格在边界上采用锯齿形网格代替曲面的缺点,能适应具有任意复杂曲面的计算区域。本文基于边界切网格技术对L型铸件的铸造充型过程进行了数值模拟,并将模拟结果与水力模拟试验进行了对比,结果显示,模拟结果与实际充型过程吻合,说明采用边界切网格技术对铸造充型过程进行数值模拟是可行的。     

铸造充型过程宏观数值模拟研究进展

综述了铸造充型过程宏观数值模拟研究的现状。给出了铸造充型过程宏观模拟所涉及的物理模型，并以三维带障碍物溃坝模型、平板件充型流动场为例，基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行了模拟计算。阐述了常见的网格划分类型和数值求解方法，对比了不同数学方法的特点。说明了铸造充型多相流模拟的研究情况，并指出进行流动场气、液、固三相流宏观数值模拟，能够准确地预测夹渣、冷隔、浇不足、气孔等铸造缺陷，可考虑采用多数学方法耦合的思路处理。SPH的公式构造并不受粒子分布的随意性的影响，可以自然地处理一些具有极大变形的问题。通过图形处理器技术(GPU)能够大幅提高SPH的计算效率。将人工智能机器学习技术和确定性物理建模相耦合，有助于优化传统的数值求解算法，提高精度，使模拟结果更接近于实际生产。     

基于改进差分网格的高温合金定向凝固数值模拟

辐射传热的准确计算是高温合金定向凝固过程中获得优质铸件的关键因素之一。改进有限差分网格,对高温合金叶片定向凝固传热过程进行数值模拟,并采用不同的工艺参数进行对比分析。结果表明,差分网格修正方法能在一定程度上提高规则与非规则复合几何模型的外表面辐射传热量数值计算精度;当抽拉速度为6mm/min时,合金的固液界面形态最平稳;随着型壳与合金的对流传热系数增大,叶片合金横截面的中间高温区域逐渐减小,直至横截面温度均匀,且温度场是由外向内逐渐降低。     

铸造充型与凝固过程的变网格数值模拟研究

鉴于充型过程的模拟计算极为复杂，是铸造模拟过程中耗时最多的部分，为缩短充型过程计算时间，提高计算效率，提出了一种利用变网格进行模拟计算的新思路，即采用不同的空间步长分别模拟计算充型和凝固过程，在充型过程的模拟计算中采用比较大的网格，而在凝固过程的模拟计算中采用比较细的网格，并设计程序模块实现两种网格之间的转换和对应，使得充型过程结束时刻的大网格系统温度场能够精确完整地转换为凝固过程开始时刻的细网格系统的温度场。对这种变网格方法进行了验证，并对实际零件进行了模拟分析。结果表明，变网格方法是一种提高模拟计算效率的有效方法，这种方法能够克服充型和凝固过程采用统一的细网格进行模拟计算而产生的计算时间过长，效率低的缺点，使得铸造过程数值模拟的计算速度大大提高，而计算结果仍能满足工程实用的要求。     

AZ91D镁合金反重力铸造充型及凝固过程计算机模拟

给出了AZ91D镁合金的相关热物性参数，采用ProCAST铸造模拟软件对镁合金力学试棒反重力铸造充型与凝固过程进行了模拟，并通过反重力铸造工艺实验对模拟结果进行了验证。结果表明：铸造模拟软件ProCAST可用于镁合金铸件反重力铸造充型及凝固过程的模拟，能够提供较为准确的流场、温度场等信息，实现缺陷及其位置的预测。     

PROCAST数值模拟在高温合金精密铸造中的应用

计算材料科学是一门处于高速发展的交叉学科,利用数值模拟技术对熔模精密铸造过程进行仿真模拟正在逐步发展和实际应用。介绍了PROCAST有限元模拟软件的工作模块构成和数值模拟分析流程,通过研究高温合金凝固缺陷形成机制,预测缩孔、热裂纹、冷隔、浇不足等宏观冶金缺陷;通过模拟不同参数并对比实际产品质量情况,用以确定较理想的铸造工艺,包括冶炼参数和浇注系统设计。研究表明:模拟软件PROCAST能够较准确地预测铸件在充型凝固过程中产生的缺陷,通过多次模拟预测,优化浇注系统、模壳温度、浇注温度、浇注速度和定向凝固拉伸速度,确定最优工艺方案,可以明显减少铸件缺陷,提高铸件质量,降低生产成本。     

基于SPH新方法铸造充型过程三维数值模拟

引入一种新的无网格光滑粒子流体动力学SPH方法模拟铸造充型过程,SPH方法能够避免网格法在求解过程中的网格扭曲和缠绕,并且改善网格法求解精度。基于SPH法的优势,建立了基本数学模型,编写了三维计算程序,并引用虚粒子边界解决三维情况下边界不易施加的问题。通过对底注式平板件铸造充型过程进行数值模拟,并将模拟结果与实验结果和基于网格法的ProCast模拟结果进行对比,验证了SPH方法在计算铸造充型过程中的可行性和有效性。     

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。     

锆合金阀体铸件铸造工艺的研究

锆合金在化工领域应用广泛,针对某锆合金阀体铸件的铸造生产需要,结合现有铸造生产条件,采用Pro CAST软件对该阀体铸件的充型和凝固过程进行了模拟分析,以期达到优化工艺降低成本的目的。分别模拟了单型离心浇注、多型离心浇注、多型重力浇注等结构的阀体充型和凝固过程。根据模拟结果以及生产经验最终选用了多型离心浇注的结构,设置了合理的铸造工艺参数,最终采用熔模铸造工艺铸造出合格的铸件,并通过三维扫描测量以及静水压试验。     

机座铸造工艺设计及充型模拟

对高牌号灰铸铁机座进行了铸造工艺设计,包括铸件工艺性改进、造型材料选择、浇注系统及砂芯设计等,设计过程采用三维造型软件Pro/E绘制出零件及浇注工艺三维图,然后在ProCast软件中完成网格划分并模拟浇注和凝固过程,通过不同浇注系统设计方案充型及凝固过程模拟对比,优化工艺方案,使工艺设计更加科学合理。     

铸件充型凝固三维数值模拟软件SRIFCAST的研制及其应用

铸件充型凝固过程数值模拟软件SRIFCAST在确定了金属液在充型和凝固冷却过程中的湍流和层流流动模式以及三维速度场和温度场数值模拟计算方程及数值求解的基础,编制了网格单元的剖分、三维速度场和温度场计算、二维等温线图、速度矢量图和三维温度场显示等程序;在Windows 9x操作平台上,设计了方便、快捷的各种鼠标操作主界面和分界面;建立了铸铁、铸钢、高温合金、铸造有色合金等金属材料,以及石英砂等造型材料的热物性参数数据库。SRIFCAST软件在汽车铸件和重大装备铸件上进行了生产应用,获得了优质铸件,证明了它的先进性、实用性和易操作性。