充型过程的数值模拟技术

铸造充型过程的数值模拟技术是铸造领域的前沿技术.采用这些技术进行充型过程的数值模拟可以帮助人们更清楚地了解充型过程中金属液流动的自由表面和速度分布.介绍了充型过程数值模拟的发展过程、数学模型,探讨了充型过程的计算方法以及自由表面的处理,并指出了当前研究中存在的问题.     

充型过程的数值模拟及水力模拟实验验证

为了提高充型模拟的计算精度，改进和修正了传统的用于模拟自由表面的“施-受体”算法，针对体积函数提出了新的处理自由表面的“三维施-受体”算法，为了检验新方法，对同一方形验证铸件设计了两种不同浇注系统，并对其同时进行了水力模拟实验和数值模拟计算，数值模拟计算结果与水力模拟实验结果一致，研究表明：浇注系统几何形状对充型模式有重要影响；“三维施-受体”算法减少了计算误差，提高了计算精度，不仅能够准确地预测浇注系统对充型模式的影响，而且在评估和辅助浇注系统设计方面具有巨大潜力。     

基于分数步长法的压铸充型过程数值模拟

为了模拟型腔内流体的流动形态并预测气孔缺陷,应用充型过程数值模拟方法,采用分数步长法来求解非稳态的Navier-Stokes方程,可以在每个时间步长内仅求解一次动量和压力方程.动量方程求解中采用Adams-Bashforth方法处理对流项,采用Crank-Nicolson方法处理扩散项.搭建了压铸过程水模拟系统,设计了型腔尺寸沿充填方向逐渐递减的有机玻璃模具.通过彩色高速摄像机以500帧/秒的速度记录充填形貌.将数值模拟结果和水模拟结果相比较,两者吻合较好.同时采用SOLA-VOF法模拟了同一充型过程,结果表明,分数步长法和VOF法相结合要比SOLA-VOF法更能准确地预测压铸过程中的卷气现象.     

垂直缝隙式浇注系统充型过程水模拟

为研究铝合金低压铸造中使用垂直缝隙式浇注系统的充型过程以及立筒与立缝尺寸变化对液体充型形态的影响,设计了透明有机玻璃模型,采用水模拟试验对其进行了研究.研究表明:在充型初期和充型后期,型腔内分别形成旋转方向相反的环流,两种环流之间的转变是通过流路外移完成的;稳定充填时,液体首先沿立筒上升一段距离,然后以一定角度和一定宽度充填进型腔;随立筒截面尺寸增大和立缝变宽变薄,液体沿立筒上升的临界高度增大.     

镁合金压力充型与凝固过程的研究

研究了镁合金ＺＡ９１ＨＰ、ＡＭ５０ＨＰ,ＡＭ２０ＨＰ和铝合金ＡｌＳｉ９Ｃｕ３在高压力下的充型与凝固过程,结果表明,镁合金的充型能力比铝合金约低２５％－５０％;随铝含量的递减,三种镁合金的充型能力依次降低。数值模拟结果显示,镁合金在凝固发生之前具有与铝合金相同的充型能力。     

三维RIM充模模拟

采用混合数值方法对三维ＲＩＭ充模过程进行了数值模拟,即在模腔宽度上采用有限元法,而在厚度方向上采用有限差分方法,对三维问题进行求解。采用这种方法,避开了直接求取三维有限元所带来的困难,同时采用了任意拉格朗日－欧拉法处理流动前缘。文中对数值结果进行了讨论。     

Ti-6Al-4V熔模精密铸造充型及凝固过程计算机模拟

应用自行开发的基于微机上运行的铸件凝固 /充型计算机模拟软件 ,对Ti-6Al-4V钛合金薄壁件精密铸造的充型及凝固传热过程进行了模拟分析 .应用自行安装的多通道钨铼热电耦温度数据计算机采集、分析系统 ,测定了该钛合金起吊接头精密铸件的凝固冷却曲线 ,获取了该合金有关的凝固参数 .对包括上述零件在内的钛合金薄壁件精密铸造的充型过程及凝固传热的温度分布进行了数值模拟 ,模拟计算与实测结果合理吻合 .基于该研究可对其精密铸造工艺进行优化设计 .     

低压铸造充型控制的理论

本文从理论上推导出低压铸造充型过程中各种量之间的关系并根据这一理论提出了更简单更可靠的控制方式。     

充型凝固过程数值模拟在铜型铸件中的应用

考虑到大部分铸件充型过程均处于湍流状态 ,将工程湍流模式用于液态金属的流动和传热计算 ,并与层流计算结果、基准试验以及铜型压缩机灰铁铸件试验结果进行了对比 ,分析了计算结果之间产生差异的主要原因 .简要介绍了相应的数值算法以及在流体自由表面处理方法上与传统方法的不同之处 ,对铸件充型之后的凝固过程也进行了模拟计算且与现场试验作了对比 .     

浇注系统对消失模铸造充型过程的影响

采用数值模拟技术，研究了金属流充型过程，结果表明，干砂消失模铸造中，浇注系统性质显著影响金属液的充型过程。     

基于华铸CAE的铸造充型过程卷气缺陷定量预测研究

目的 针对目前单向流数值模拟软件无法模拟卷入金属液中的气体及其演变情况的问题,开展铸造充型过程卷气缺陷定量预测研究,开发基于华铸CAE的卷气定量预测系统,深入理解铸造卷气缺陷的形成原理与运动机理,准确预测金属充型过程中的卷气量和卷气造成的气孔缺陷,为生产实践提供指导。方法 提出了一种金属充型过程卷入气体搜寻与追踪算法,将卷入金属液中未经考虑的气体进行保留,从而修正单向流系统,并基于此开发了卷气定量预测系统,并对该系统进行了验证。结果 应用该系统后,原本未经考虑而消失的孤立气泡被保留下来以便进行后续计算,对液体体积进行了再分配,保证修改前后液体体积守恒,并修正了金属液速度,实现了卷气定量预测系统的基本功能。结论 开发的卷气定量预测系统能够考虑到卷入金属液中的气体,并对气体做出定量预测,实现金属充型过程中气孔缺陷的定量预测,对生产实践中的工艺优化有一定的指导作用。     

铝合金汽车顶盖充液成形的数值模拟

目的研究铝合金汽车顶盖拉延工序的充液成形工艺。方法基于有限元分析软件Dynaform,利用带局部刚性凹模整形的被动式充液成形工艺,通过建立有限元分析模型,优化成形过程中的关键工艺参数,分析变形规律并进行质量控制。结果成形过程中的液室压力加载路径、压边力、拉延筋,以及坯料形状等工艺参数对成形影响较大。液室压力不宜过早加载。液室压力过大或压边力过小不利于顶部产生充分塑性变形。压边力过大极易造成顶盖圆角处的破裂。结论该成形工艺可行,且数值模拟的准确性及适用性较高,采用该成形工艺可得到表面质量良好,未出现起皱、破裂缺陷的合格零件。     

铝合金车轮低压铸造充型工艺设计

目的运用科学计算的方法对铝合金车轮低压铸造充型工艺进行优化设计。方法通过对铸造铝合金车轮充型过程进行研究,分析在充型过程中各部位尤其是截面较小的浇冒口部位的铝液流动状态。结果运用数学计算的方法对充型工艺进行优化设计,既提高了铸造效率,又使铸造过程充型平稳,缩短了新产品的试制周期,使铸造工艺由通过试生产阶段的工艺摸索变为试生产阶段的工艺验证。结论经过科学计算可以使液态铝合金的充型按每个阶段预期效果进行,为优化铸造工艺、改进模具设计提供了有效的手段。     

涂料对消失模铸造金属液充型过程影响的数值计算

采用数值模拟技术研究了料对消失模铸造金属液充型过程的影响，结果表明，涂料透气性与涂料最度严重影响金属液的充型速度以及金属液－模样间隙压力和间隙宽度大小。     

RTM加工工艺充模过程的计算机模拟

RTM加工工艺是一种先进复合材料加工的方法。但这种加工工艺技术含量高,设计不当非常容易出次品,尤其注射口和溢料口的设计。因此相当多的科技工作者对RTM加工工艺进行了计算机模拟研究,并已得到很大的发展,其计算方法和实验手段已获得广泛认可。由于有限元控制体积法不需要对变界面进行网格的重新划分而获得广泛采用。但是在众多的文献中,绝大多数使用的是三角形有限元网格,对于更加有效的四边形有限元网格没有提及或仅仅一笔带过。本文作者比较详细地阐述三角形和四边形有限元控制体积法的使用和实施,通过例子分析了三角形单元、四边形单元及其混合使用的情况下的计算结果。分析表明,四边形单元计算精度高、速度快,与三角形混合使用情况良好。     

RTM 工艺充模过程数值模拟及实验比较

树脂传递模塑(RTM ) 工艺越来越成为一种高效的先进纤维增强复合材料的制造方法, 其中RTM 的充模过程是一个很重要的步骤。本文对增强材料各向异性的二维RTM 充模过程进行数值模拟, 并把数值模拟结果和实验结果相比较。      

环氧充油型丙烯酸酯橡胶的合成及特性

以丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸乙酯(EA)为主单体,β-丙烯酰氧基丙酸甲氧基乙酯(-βCE-MOA)为低温单体,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为硫化点单体,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、癸二酸二丁酯(DBS)分别作为充油单体,采用乳液聚合法制备了环氧充油型丙烯酸酯橡胶(ACM)。并用IR、1H-NMR表征了共聚物的结构;DMTA测定共聚物的玻璃化转变温度(Tg);填充邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的丙烯酸酯橡胶的最低脆性温度达-38℃;填充癸二酸二丁酯(DBS)的丙烯酸酯橡胶的最低脆性温度达-42℃。同时考察了不同聚合工艺以及充油单体含量对橡胶性能的影响。     

机械振动对A356合金充型能力影响的研究

将机械振动应用于A356合金浇注过程中,测量不同振动频率下合金的充型长度,通过多项式回归,建立充型长度与振动频率之间的数学表达式,来探索机械振动对合金充型能力的影响机理。实验结果表明,在A356铝合金充型过程中进行机械振动,使流动阻力减小,晶粒细化,改善了金属液充型能力,而使界面换热系数增加,阻碍了充性,因此振动频率对充型能力的影响不是单调的,振动f在20~50Hz之间存在一个频率,使A356铝合金的充型能力达到极大值,为35Hz,经过回归分析得出极大值点为f=39.05Hz,Lmax=823.89mm。     

短玻纤增强聚丙烯注射充模过程的数值模拟

通过对玻纤增强聚丙烯注射充模阶段纤维取向的研究,考虑流场和纤维取向的相互作用,基于连续介质力学理论,建立了耦合有纤维取向的薄壁制品注射充模阶段的双尺度模型,并使用有限元/有限差分/控制体积法对控制方程组进行了求解,预测结果与实际基本符合.