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。     

铸造凝固过程宏观偏析数值模拟研究

宏观偏析普遍存在于铸造合金凝固过程中,严重影响了材料的使用性能。本文利用宏观偏析数学模型,分别对53 t钢锭和500 t铸件宏观偏析进行数值模拟研究。模型考虑了凝固收缩与等轴晶沉降,模拟结果和实验结果吻合较好。     

铸造过程数值模拟的应用与展望

对铸造过程数值模拟作了介绍,主要讨论数值模拟在连续铸造、重力铸造、压力铸造、倾斜铸造、熔模铸造和离心铸造等铸造过程中的应用。最后对数值模拟在铸造模拟应用方面的前景、存在问题作了总结。     

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。     

铸造过程计算机数值模拟技术

论述了发展铸造过程计算机数值模拟技术的意义,介绍了该项技术的基本原理,回顾了这项技术在国内外的发展概况,并对铸造过程计算机数值模拟技术的发展趋势进行了探讨     

基于ProCAST球铁支架铸造过程数值模拟

采用ProCAST软件对有多条筋的球铁支架铸件的充型和凝固过程进行模拟分析,预测了缩孔、缩松等铸造缺陷出现的位置,与实际样品缺陷位置基本一致。根据模拟分析的结果采取在铸件两个侧筋上加压边冒口、减少表面筋的数量、调整浇注系统等措施修改工艺。经实际样品的验证,得到了质量满意的铸件。     

消失模铸造充型过程数值模拟

运用PROCAST软件对板形铸钢件的消失模充型过程进行了数值模拟。考察了阶梯式浇注系统的充型顺序以及底注式浇注系统的充型形态，另外研究了底注式浇注系统的浇注速度对缺陷形成的影响。模拟结果表明，消失模铸造中，金属液优先从阶梯式浇注系统的上层内浇道充型，充型前沿流动紊乱，铸件容易出现气孔或夹渣；对于底注式浇注系统，充型前沿的流动相对平稳，但过快的浇注速度同样会导致气孔或夹渣缺陷。     

铸造过程数值模拟中的网格技术

网格技术是铸造过程数值模拟技术的重要组成部分,是实现铸造过程数值模拟的瓶颈,其发展对于数值计算效率和计算精度的提高起着不可估量的作用。本文主要对铸造过程数值模拟中生成网格时所依赖的数值算法和以网格的构造特点为基础的网格分类进行了总结,着重阐述了适体网格技术在铸造过程数值模拟中的发展及其应用,并对铸造过程数值模拟中网格技术的进一步研究发展进行了展望。     

半固态铸造技术研究现状与展望

半固态铸造是一种新的材料成形技术，综述了半固态铸造合金的组织变化、坯料制备、充型过程数值模拟和应用等方面的研究成果，同时对我国发展半固态铸造技术提出了若干值得重视的问题。     

消失模铸造充型过程数值模拟的国内外研究现状

介绍消失模铸造充型过程数值模拟的国内外发展现状及关键技术，指出了各种方法所存在的问题。对数值模拟技术的发展进行了总结和展望。     

电磁离心铸件宏观组织的数值模拟

基于电磁离心凝固过程温度场的数值模拟结果,建立了铸件凝固过程物理参数与铸件凝固组织之间的定性关系,通过计算固／液界面前沿液相温度梯度Ｇ与界面生长速度Ｒ之间的比值（Ｇ／Ｒ）及冷却速度（ＧＲ）的值,对电磁离心铸件的宏观组织进行了分析,数值模拟结果与实验结果吻合良好。     

基于人工神经网络技术的铸造过程数值模拟优化研究

以凸轮轴的铸造过程为例,将人工神经网络技术应用于铸造数值模拟优化中。设计了7个热电偶测试点,分别通过三维有限元模拟方法和实际测量方法得到了对应点的温度场分布数据。以这些数据为样本,运用神经网络进行了充型凝固数值模拟的优化。通过比较发现,神经网络优化处理后的数值模拟有效的提高了模拟效率和精度,将神经网络优化引入到铸造过程模拟中具有良好的可行性。     

消失模铸造充型过程的数值模拟

通过建立适用于消失模铸造充型及传热过程的数学模型和边界条件，实现了液态金属在浇注系统和铸型内动量传递和热传递的数值模拟计算。模拟分析普通砂型铸造和消失模铸造充型差异表明，聚苯乙烯热解气体的反压阻力决定了消失模铸造充型过程不同于普通砂型铸造，表现为液态金属按所抵达的内浇口顺序依次注入型腔。通过模拟计算可预测冷隔产生位置，实现消失模铸造工艺优化设计。     

半固态铸造充型过程数值模拟研究新进展

对近期国内外半固态铸造充型过程数值模拟的研究成果进行了系统综述,包括数值模拟的计算方法,流变模型的研究进展以及数值模拟的应用现状,展望了未来半固态铸造充型过程数值模拟研究的发展方向。     

铸造参数对2024铝合金半连铸过程中宏观偏析影响的数值模拟研究

本文采用考虑了浮游晶运动的拓展连续模型计算大尺寸2024铝合金半连铸铸锭的宏观偏析。模型中宏观的传质、传热、动量传输方程与Scheil-Gulliver微观凝固模型相互耦合。通过九个算列计算铸造参数（铸锭尺寸、铸造速度、浇注温度以及二冷区冷却强度）对宏观偏析的影响,并详细讨论了铸造参数对形成宏观偏析传输机制的影响。研究结果表明,铸造参数直接影响熔池的形状和尺寸进而影响最终偏析形态。其中,铸锭尺寸和铸造速度是最主要的影响因素。更大的铸锭尺寸通常意味着更慢的冷却速度,以及更深和更宽的熔池,从而导致铸锭中心更严重的宏观偏析。增加铸造速度则将显著地增加熔池的深度,因而更大的铸造速度将导致更严重的宏观偏析。而熔池的深度随浇注温度的增加仅轻微增加,故浇注温度对宏观偏析的影响不如前二者敏感。     

铸造钢锭宏观偏析的数值模拟

铸钢凝固过程的溶质再分配是产生宏观偏析的根本原因.利用数值模拟技术,对一个采用垂直定向凝固工艺的钢锭进行了铸造过程模拟分析,考虑了材料参数和边界条件的非线性特征,以及凝固过程中液态金属的自然对流和溶质扩散,预测了钢锭各部位的凝固时间和硫元素宏观通道偏析的位置和偏析程度,模拟结果与相关文献的实验结果基本一致.模拟结果表明,为保证钢锭质量,应从优化钢锭结构和铸造工艺两方面入手,达到减轻宏观偏析、提高钢锭利用率的目的.     

镁合金铸造成形过程宏观／微观模拟

通过研究镁合金压铸过程中界面热,采用热传导反算法确定压铸过程的界面换热系数,研究镁合金压铸过程中工艺参数及凝固过程对铸件界面换热系数的影响规律,建立镁合金压铸过程界面换热边界条件的处理模型,以实现镁合金压铸过程中凝固过程的准确预测。通过实验研究镁合金压铸过程中凝固组织,建立了镁合金压铸过程中形核模型。采用CA方法,建立了镁合金枝晶生长模型,以实现镁合金凝固组织的预测。采用相场方法研究了镁合金枝晶生长形貌。     

气化模铸造充填过程的三维数值模拟

本文在分析气化模充型的传热、传质规律的基础上，提出了一套完整的充填三维数学模型，由于模型中未考虑金属液通过干砂型时散失的热量，所以本模型对中、小件进行模拟更为合理。同时开发了适用于微机的充填过程模拟软件，准确，合理地对气化模充过程进行计算机模拟。     

连续铸造凝固过程数值模拟的研究进展

介绍连续铸造凝固过程数值模拟的研究内容，包括连续铸造结晶器区的流场、温度场数值模拟和流场、温度场、浓度场三场耦合数值模拟以及新型连铸技术数值模拟的研究概况，提出连续铸造数值模拟的发展方向。     

浅谈铸造过程模拟仿真技术

经过几十年的发展,铸造过程数值模拟技术取得了巨大进步,对实际生产产生了重要作用。本文介绍了铸造过程数值模拟的研究方向及其基本理论,例如,充型过程数值模拟、凝固过程数值模拟、应力场数值模拟、微观组织的数值模拟和模拟技术发展趋势。