K4169高温合金凝固晶粒组织的计算机模拟

采用热熔法处理结晶清热的二维不稳定热导方程模拟凝固温度场，利用连续形核模型和技晶尖端生长的动力学模型，即KGT模型模拟K4169高温合金晶粒组织的形成，将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合，计算了该合金的凝固晶粒组织特征值，包括晶粒密度和平均晶粒尺寸，并在计算机上实现了凝固晶粒组织的可视化。与试验结果进行比较后表明，模拟结果与试验结果符合较好。     

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。     

铸件凝固三传计算机模拟的统一模型

应用作者建立的合金凝固三传统一数学模型和数值计算方法,在IBM PC个人计算机上,进行了AL一Cu合金铸锭在水平定向凝固过程中的温度、凝固进程、成分、压力和液相流场变化的数值模拟;进行了大高/长比Al—2%Cu铸锭的水平定向凝固实验。理论计算结果与实验测得的铸锭凝固温度场变化及宏观成分分布均吻合得很好。数值模拟及实验结果都显示出大高/长比水平定向凝固铸锭在水平方向和垂直方向上均存在宏观成分偏析。     

Al—Cu合金等轴枝晶组织形成的模拟及计算机可视化

通过解用热焓法处理结晶潜热的二维不稳定热传导方程模拟凝固温度场,利用连续形核模型和枝晶尖端生长的动力学模型,即KGT模型模拟Al-4%Cu合金等轴晶的形成,将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合,计算了该合金的凝固等轴晶组织特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并在计算机上实现了晶粒形成过程的可视化;与实验结果进行比较表明,模拟结果与实验结果基本吻合。     

机床卡盘体的三维充型与凝固模拟

在二维SOLA-VOF法流场模拟的基础上，开发了耦合传热的三维充型软件FUL。应用FUL及TEMP(三维温度场模拟软件)对无冒口铸造的φ80mm机床卡盘体进行了浇注与凝固模拟，为生产控制提供了准确依据。     

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。     

双辊薄带不锈钢铸轧过程数值模拟

采用有限元法模拟了双辊铸轧不锈钢过程的流热耦合问题;分析了铸轧速度对熔池内流场、温度场的影响以及流场与温度场之间的相互影响;通过熔池内温度场及温度梯度分析了熔池内凝固的发展及其对热流密度变化的影响。此模拟结果可以为控制铸轧过程的稳定提供有效的数据。     

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。     

镁合金压铸件凝固过程计算机模拟

分析了压铸工艺的特点以及压铸过程数值模拟软件的要求，利用铸造过程分析软件模拟镁合金压铸件凝固过程的温度场，基于温度场分析结果，预测在铸件凝固时形成缩孔、缩松等缺陷的位置及分布，优化铸造工艺设计。     

凝固模拟并行可视化研究

提出了凝固模拟并行可视化概念，应用双线程结构、动态链接技术以及有限差分法，开发了凝固模拟并行显示模块CASTShow。并行技术的应用，增强了主程序CASTSoft计算过程的透明度，提高了软件的数据共享性与实时交互性。     

低压铸造充型和传热过程的数值模拟

采用有限差分的方法,在Windows 95/98平台上开发了三维铸造充型过程流场和温度场模拟的软件Expert,对于流场的模拟采用SOLA-VOF算法。采用压力场和速度场的全局迭代方法,有效地改善了充型状态,缩短了计算时间。应用此软件对Benchmark试块和其他的低压铸造实际零件进行了模拟分析,结果与试验比较吻合。试验表明,该系统能达到优化铸造工艺设计的目的。     

铸钢件凝固过程三维位移场数值模拟研究

在开发铸钢件凝固过程三维位移场数值模拟有限元程序时 ,对准固态区间用粘弹塑性模型 ,固相线以下用弹塑性模型的本构关系 ;用初应变法计算温度载荷 ;用增量变刚度法求解位移场。对实际铸钢件凝固过程的位移场进行计算 ,模拟结果与理论分析一致 ,本研究工作是进一步模拟分析应力场和进行热裂预测的基础     

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。     

高温合金定向凝固界面换热系数逆向求解算法与应用

使用双铂铑(Pt-Rh₃₀/Pt-Rh₆（B）)热电偶采集单晶叶片定向凝固过程温度场数据,基于数值模拟逆向求解出定向凝固过程中高温合金DD6与模壳之间的界面换热系数,并分析了界面换热系数随界面温度变化的关系。采用得到的界面换热系数,基于ProCAST数值模拟,得到的仿真温度场数据与实测温度场数据吻合良好,单晶叶片定向凝固过程数值模拟精度得到有效提高。     

大钢锭定向凝固技术研究

本文简述了定向凝固技术的基本原理,介绍了定向凝固钢锭的主要参数H/D和WB/WI的计算原则。通过解剖实验和计算机模拟定性定量地对定向凝固过程的温度分布和凝固速度变化以及影响偏析形成与分布的因素进行了讨论,阐明了定向凝固钢锭工艺参数对实现自然精炼的作用。     

Effect of mould baffle technology on stray grain formation in single crystal blades by integral fabrication based on 3D printing

Stray grains, the most serious casting defect, mainly occur in the platform because of the abrupt transition of the cross-section in the directional solidification of superalloy single-crystal blades. A new mould baffle technology based on 3D printing and gelcasting is proposed herein to reduce the formation of stray grains in the platform. The influence of the proposed mould baffle technology on the temperature field in the platform during solidification was investigated by simulation and experiment. The numerical simulation results indicate that the proposed mould baffle technology can effectively hinder the radiation and heat dissipation at the platform extremities, and therefore, reduce undercooling in the platform and the formation of stray grains during directional solidification. Casting trials of a hollow turbine blade were conducted using CMSX-4 superalloy. The trial results demonstrate the potential of the proposed approach for manufacturing single-crystal superalloy blades.

     

采用正交设计优化单晶合金定向凝固数值模拟参数

采用正交设计方法研究单晶高温合金定向凝固过程数值模拟所需参数对温度场和冷却曲线的影响.结果表明:单晶高温合金凝固曲线对模拟参数十分敏感,特别敏感于铸件与铸型之间的界面换热系数.通过正交设计获得边界条件参数使模拟结果与试验结果吻合良好.确定符合DD6单晶高温合金凝固过程的数值模拟边界条件.     

大型铸钢件凝固过程数值模拟

铸钢件凝固收缩大,铸造工艺复杂,进行凝固过程计算机模拟十分必要.本文基于有限差分法建立铸钢件凝固过程传热计算的数学模型,开发铸钢件凝固过程三维温度场数值模拟分析软件.利用该软件计算了大齿轮毛坯铸钢件凝固过程的温度场,结果与实际情况吻合较好.     

锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟及其应用

在分析锻造用钢锭凝固过程特点的基础上,建立起钢锭铸造凝固的二维非稳态温度场计算数学模型,并编制程序。计算结果反映了钢锭铸造凝固过程中温度场分布。利用该程序,可以对钢液在相似结构钢锭模中的凝固温度场进行预测和评价,也可以通过对比来优化钢锭模设计。     

Progress and Application of Microstructure Simulation of Alloy SolidificationEI北大核心CSCD

Solidification structures are the interaction links between the alloy components and their mechanical properties. Scientifically comprehending about the formation mechanisms, dominant factors and control methods in alloy solidification has a significant effect on the structure control and optimization. Dendritic structure is the most frequently observed solidification microstructure of alloys and controlled by heat, solute, melt flow, capillary and many other factors. Modelling and simulating can accurately quantify various phenomena and evolution rules in the process of solidification, thus play an increasingly important role in the design, preparation, processing and performance optimization of alloy materials. Over the past two decades, remarkable progress has been made and various models have been proposed in microstructure simulation during alloy solidification process, such as deterministic method, phase field (PF), Monte Carlo (MC) and cellular automaton (CA). With the advantages of clear physical meaning, easily programming and high calculation efficiency, CA method has been widely applied in the study of solidification structure simulation and exhibits great advantages. Considering the current development level of computer hardware, numerical model and calculation method, microstructure simulation of large components mainly adopts macro-microscopic coupling calculation method, such as CA-FD/FE model. The heat transfer and other multi-physical fields are calculated at the level of coarse mesh, where-as nucleation and dendritic growth are simulated at a much finer grid level. This paper reviews the main models and development of CA method used for nucleation simulation. The key aspects in the simulation of dendritic growth including mean solid-interface interface curvature, growth kinetics and the algorithm for eliminating "pseudo anisotropy" are discussed. Based on this, the development and application status of macro-micro coupling model during casting, directional solidification and other manufacturing fields are summarized. Finally, the existing problems and future tendency for simulation of solidification structures are analyzed.