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。     

不同冷速凝固的Mg-9Gd-0.8Al合金固溶行为及组织性能

为了探究Al元素在不同冷却速度下对Mg-9Gd合金组织细化效果及其对后续固溶处理的影响,利用铁模和铜模重力铸造制备了铸态Mg-9Gd-0.8Al合金,之后进行10~50 h的固溶处理。采用OM、SEM、TEM、EDS及XRD等方法研究了冷却速度对Mg-9Gd-0.8Al合金凝固和固溶行为及组织力学性能的影响。结果表明,铁模和铜模制备的铸态Mg-9Gd-0.8Al合金组织均由α-Mg基体、花瓣状(Mg, Al)₃Gd相、细条状Mg₅Gd相和方块状Al₂Gd相组成。铜模相比于铁模冷却速度加快,制备的合金基体晶粒和第二相显著细化,第二相体积分数总量增长幅度达56.1%。2种模具制备的合金固溶10 h后,Mg₅Gd相溶解、(Mg, Al)₃Gd相部分溶解、高熔点Al₂Gd相无变化,晶粒内析出层片状(Mg, Al)₂Gd新相,第二相总量趋于相等。固溶50 h后,(Mg, Al)₂Gd层片相回溶,残余(Mg, Al)₃Gd相发生熔断呈颗粒状,铜模制备的合金第二相颗粒比铁模的更细小。细晶强化和第二相强化使铜模制备的铸态合金性能较铁模制备的合金性能大幅提高,固溶10 h后合金屈服强度提升,伸长率基本不变。固溶处理50 h后,固溶强化、细晶强化和细小颗粒的第二相强化使铜模制备的固溶50 h态合金获得最优性能,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为141 MPa、234 MPa和22.4%。     

基于SPH方法的低压铸造充型过程数值模拟

借助光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对所建立的低压铸造充型模型进行了数值模拟,并将模拟结果与Win-cast软件的模拟结果进行对比。结果表明,SPH方法与Win-cast软件模拟结果基本一致,能够较准确地模拟低压铸造充型过程。     

基于投影法的挤压铸造充型过程数值模拟

采用投影法进行速度场和压力场的计算,根据挤压铸造的特点,考虑冲头的运动,建立基于有限差分法的流动场数值模拟程序,从而实现了对挤压铸造充型过程的数值模拟。为验证程序的正确性,对纯铝件挤压铸造充型过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果相符合。     

晶界能各向异性晶粒长大的计算机模拟

建立了晶界能各向异性正常晶粒长大的二维元胞自动机模型,并对等温条件下的晶粒生长进行了模拟。通过模拟,得到了不同时刻晶粒显微组织演化图,并且定量地分析了晶粒长大动力学,晶粒尺寸分布和晶粒边数分布。研究结果表明,受晶界能各向异性的影响,晶粒长大指数低于理论值,晶粒中6边形的晶粒居多,晶粒边数分布呈现时间不变性。本模型能较准确地反映正常晶粒长大规律及其动力学,为晶粒组织演化的控制提供依据。     

基于近似因子分解法的铸造充型过程数值模拟研究

目前求解流动过程中速度场、压力场最常用的方法是SOLA法,在求解过程中由于需要在连续性方程、动量方程间反复迭代,所以计算效率不高。采用近似因子分解法进行速度场、压力场求解,由于在求解过程中每一步均可采用托马斯算法求解三对角方程,所以计算简单,可有效提高计算效率。最终建立了基于有限差分法的流动场数值模拟程序,并针对Benchmark件进行了充型过程流动场数值模拟,通过对比模拟结果与实验结果,验证了计算模型的正确性。     

VTK显示技术在铸造模拟软件中的应用

VTK(Visualization Toolkit)是一个面向对象的可视化类库,具有强大的可视化功能和图形、图像处理能力。通过介绍VTK技术的层次结构和显示机制,并将其应用于铸造模拟软件EasyCast的开发过程中,与国内同类使用OpenGL作为开发工具的软件相比,VTK具有更加优秀的显示效果。     

铸造凝固微观组织模拟研究进展

铸造凝固微观组织模拟是用计算机模拟铸件微观组织的形成过程,以预测铸件的组织结构和性能.本文概述了目前国内外凝固微观组织数值模拟的研究进展、相关基本原理和模型,介绍了采用计算机进行微观组织模拟的几种主要方法,评述了当前所使用的物理数学模型的特点及局限性,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.     

磁场应用于吸收式制冷系统的探讨

基于国内外学者在磁场对溶液性质影响方面的研究成果,论述了磁场对溶液的表面张力和溶解能力的影响,定性分析了表面张力及溶解能力的变化对吸收式制冷循环吸收过程的影响,得出磁场作用可以对吸收过程起到强化作用的结论,提出了通过对氨水吸收式制冷系统的吸收器外加磁场,改变溶液表面特性来强化吸收过程,从而提高性能系数的新途径.