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。     

铸件热应力场数值模拟

基于有限差分法(FDM)对铸造过程热应力场进行了三维数值模拟研究，并对标准应力框试件和箱体铸件进行了热应力场模拟，得到比较满意的结果。此方法使得铸件应力应变分析与传热分析使用同一离散模型，避免了FDM／FEM不同模型之间的节点匹配及单元温度载荷传递，能使流动场、温度场、应力场数值模拟统一采用差分格式。     

铸造合金湍流和层流充型与凝固三维数值模拟软件及基在精密铸件上的应用

建立了铸件充型过程中金属液流体湍流和层流流动及凝固冷却时三维速度场和温度场数值模拟的计算方程;介绍了这些方程的数值求解,相关边界条件及凝固潜热处理方法;以此为基础,编制了三维计算、前处理、后处理程序及相关数据库,形成了SRIFCAST软件。本软件已成功地应用于铸造生产,制定了各种铸件尤其是精密铸件的铸造工艺,获得了优质铸件。     

数值模拟在缸盖铸造充型过程研究中的应用

应用数值模拟的方法研究了发动机缸盖铸造的三维充型过程。使用有限单元法求解不可压缩牛顿体流动控制方程,用体积函数法跟踪金属液自由表面的移动。数值模拟预测了金属液充型过程的流动速度场和温度场,并对充型过程进行了评价。模拟结果为发动机缸盖铸造工艺参数提供有益的参考。     

螺旋电磁场下铸钢锭凝固过程宏观偏析数值模拟

提出了通过螺旋电磁场来抑制宏观偏析产生的方法,构建了该过程的电磁场条件下流动场和传质场耦合数学模型,并采用有限差分法求解电磁场和温度场,采用有限体积法求解流动场和传质场。数值模拟结果表明,螺旋电磁场在高度方向上产生的洛伦兹力会对自然对流进行抑制,当源电流强度达到5kA时,宏观偏析改善效果非常明显。     

中高碳钢试样堆焊冷却过程应力场数值模拟

采用红外热像仪和X射线应力仪分别测定了中高碳钢堆焊过程的温度场和残余应力场，根据实验数据和材料的物理、力学参数，采用二维有限元计算方法，建立了堆焊应力场模型，根据这一模型，对堆焊冷却过程应力进行了数值模拟分析。模拟结果表明：在堆焊冷却过程中，当发生马氏体相变时，试样表面出现压应力，随着冷却时间的延长，试样表面开始出现较大的拉应力，并保持到室温。     

中空钢控冷温度场的数值模拟

考虑中空钢冷却环境和钢的相变热力学影响，建立中空钢控冷过程中的温度场预测数学模型。采用数值法求解其模型，实现对中空钢控冷温度场的数值模拟。以42CrMo钢为例，对空冷和风冷方式下有无相变潜热的两种情况进行模拟计算，与实验结果对比分析，结果表明本文采用的温度场数值模拟方法是行之有效的．并为进一步预测材料的组织和性能奠定了基础。     

开关塑件注塑成型模拟与分析

为提高电钻开关塑件质量,运用CAE软件对塑件进行了填充、流动、冷却及翘曲等数值模拟。分析了注射压力、翘曲变形、熔接纹分布和气穴等情况,优化了保压压力、保压时间,以减小注射缺陷和塑件变形,为模具设计及注射过程工艺参数的设定提供了指导。     

塑料板材热成形过程沽维温度场的有限元分析

塑料板材热成形过程中，温度通过影响流体粘度流动行为指数对塑料板材的变形为有较大的影响。结合变形计算的刚粘塑性有限元公式、粘度计算的阿雷尼厄斯（Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ）方程的威廉斯（Ｗｉｌｌｉａｍｓ）方程以及温度场计算的加权余量Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元公式，开发了对塑料板材热成形过程的变形和温度场进行数值模拟的三维有限元软件。求解塑料板材热成形过程三维温度场香，采用六面体单元，对热传导的动态边界条件、变形     

基于充型和凝固过程数值模拟的硬盘座压铸工艺优化

给出了金属液充型和凝固过程数值模拟的数学模型及其求解方法,利用模拟软件MAGMA,模拟出硬盘座压铸成形过程的速度场、温度场和压力场,分析出硬盘座产品在压铸生产过程中产生缩孔和气孔的原因.经过模拟优化,提出了解决缺陷的方法.与实际生产对比,模拟结果准确,优化方案可行.     

凝固过程中自然对流作用下组织演化模拟

以Fe-C二元合金铸锭为例，模拟了其冷却过程中自然对流对凝固组织形成的影响。首先采用有限差分方法计算宏观温度场、速度场和溶质场。然后将计算得到的温度场和溶质场作为已知值耦合元胞自动机方法(CA)对铸锭的组织演化进行模拟。通过模拟发现，在冷却过程中自然对流改变了铸锭内的温度场、速度场和溶质场的分布，进而影响到凝固组织的形貌。     

基于CAE技术的薄壁塑件注射成型分析与工艺优化

以某薄壁塑件面板注射成型为例,介绍应用Moldflow软件进行CAE分析的步骤,通过填充、流动、冷却和翘曲等数值模拟,分析注射压力、翘曲变形、熔接线分布和气穴等情况,优化保压压力、保压时间,以减小注射缺陷和塑件变形,结合分析结果指导模具设计及注射过程工艺参数的设定。     

基于Projection VOF方法的熔模铸造蜡模充型过程数值模拟

针对熔模铸造蜡模充型过程数值模拟软件自主开发，建立了流动场和温度场数学模型，采用Cross-WLF粘度模型描述蜡料的流变性能，基于Projection VOF方法进行蜡料流动过程速度场、压力场以及自由表面的求解。通过试验测量获取了K512型蜡料的热物理性能和流变性能的相关数据，拟合得到粘度模型参数。分别在蜡料常粘度和变粘度模型两种条件下对扳机铸件蜡模充型过程进行模拟，结果表明，所建立蜡模充型过程数学模型能较好地描述蜡料的动态流变特性和传热行为。     

超长薄壁塑件翘曲分析和工艺优化

采用有限元方法研究了温度场、压力场对注塑件残余应力及翘曲变形的影响，重点讨论注塑件的温度场、压力场的计算，以及热塑性小变形理论下的注塑件翘曲变形计算。对影响薄壳塑件翘曲变形的因素（如模具温度、熔体温度、注射速率、保压压力等）进行分析，提出翘曲产生的原因及相应的改进措施。     

锻造铝合金轮毂动态淬火过程的数值模拟

使用计算流体力学(Computational fluid dynamic,CFD)方法,考虑沸腾传热及两相流动,采用三维动网格技术对锻造6061铝合金轮毂入水淬火冷却处理的动态过程进行了多物理场耦合模拟。模拟得到了淬火水槽内流体的流场与系统整体温度场,在此基础上分析了侧边与底部冷却喷管对轮毂淬火温度分布均匀性的影响及轮毂在淬火过程中的温度变化。结果表明:该模拟方法能够反应淬火过程的流场与温度场变化,侧边与底部冷却喷口能够对轮毂均匀降温,该工况下多轮毂同时冷却过程中各轮毂间的温度差异较小,轮毂温度变化曲线符合工艺要求。     

焊接热过程和冶金过程

铝合金电子束焊接温度场数值模拟，不锈钢激光焊温度场的建模与仿真，小孔等离子弧焊接热场瞬时演变过程的数值分析，基于APDL的双丝焊熔透热输入求解，高频焊管焊接温度观测器，摩擦堆焊过程中耗材热力过程数值模拟。[编者按]     

基于同位网格技术的熔炼过程机械搅拌模拟

将同位网格引入熔炼模拟,在对感应电炉物理模型进行简化的基础上,建立描述其物理过程的数学模型,进行了感应加热温度场的数值模拟;同时采用有限体积法求解机械搅拌过程中的流动场,分析了金属熔体在搅拌过程中流动行为的特点和温度分布。模拟结果表明,感应熔炼从四周边缘开始熔化,熔化结束后存在热节点,而机械搅拌能大大加速温度均匀化过程。     

中空钢控冷温度场的数值模拟

考虑中空钢冷却环境和钢的相变热力学影响,建立中空钢控冷过程中的温度场预测数学模型,采用数值法求解其模型,实现对中空钢控冷温度场的数值模拟。以42CrMo钢为例,对空冷和风冷方式下有无相变潜热的两种情况进行模拟计算,与实验结果对比分析,结果表明本文采用的温度场数值模拟方法是行之有效的,并为进一步预测材料的组织和性能奠定了基础。     

镁合金双辊铸轧铸嘴内部熔体流动数值模拟

分析了铸嘴内部分流结构对型腔内镁合金熔体流场、温度场产生的影响.采用有限差分的SOLA-VOF法,建立镁合金双辊铸轧立板过程中流动区域的三维流场与温度场耦合模型,在相同的铸轧立板条件下(前箱液面高度、前箱熔体温度固定),数值模拟了不同形状的铸嘴型腔结构对熔体流动速度及温度分布的影响.模拟结果表明,分流块的大小、形状及位置对温度场及流动场影响显著,采用小尺寸、多数量的分流块将有利于在铸嘴型腔内形成均匀的流动场和温度场.通过工艺试验,验证了模拟结果,根据模拟结果改进了铸嘴内部结构,使金属熔体流场、温度场分布均匀,获得了高质量的镁合金铸轧板材.     

三维簿壁件注塑过程的数值模拟

基于非弹性非牛顿流体在非等温条件下一般Hele-Shaw流计算模型及修正的Cross粘度模型,本文采用一种混合数值方法研究了塑料熔体在三维簿壁型腔中充模过程的流动行为。用本方法预测的压力场、速度场、温度场及前沿位置,与实验相符。