铸钢件冒口离开热节动态顺序凝固补缩的计算机数值模拟

采用计算机三维热场数值计算法模拟了铸钢件-冒口系统的凝固补缩过程。结果表明，冒口安放处铸件的凝固时间延长80％以上，尤以热节处安放冒口凝固时间延长率最大。冒口放在热节上，冒口根部铸件发生缩松的可能性最大；冒口离开热节又不远离热节，冒口附近的温度梯度在形成缩松的固相率范围内都比较陡，铸件发生缩松的可能性很小。     

游离晶在铸件晶区形成中的作用

应用铸件在凝固时的倾出方法观察了工业纯铝试样在低过热度浇注时晶区的形成过程。结果表明，铸件激冷晶区是在凝固界面对密度很大的游离晶连续、大量捕获时形成的。铸件底部粒状堆积晶区是在游离晶沉降堆积后，因凝固层的增长速度小于游离晶的堆积速度，凝固在紧密堆积的游离晶间隙中进行而形成的。结果还表明，铸件柱状晶区的形成与生长并不要求高的温度梯度。     

泡沫铝合金析液与凝固过程数值模拟研究

通过对析液方程和能量守恒方程的耦合,建立了吹气法生产泡沫铝过程中泡沫铝合金析液与凝固过程的一个数学模型,计算了铝合金体积分数和温度在泡沫铝合金凝固过程中随时间、空间的变化.从数值模拟角度对粘度、表面张力和重力加速度等参数对凝固过程的影响进行了定量分析,模拟结果表明:在干泡沫凝固过程中,析液过程和凝固过程是相互作用的,凝固时间以及凝固后固体体积分数的分布与熔体泡沫析液现象有直接关系,熔体物性参数和生产环境对凝固时间和泡沫的孔隙率有较大影响.     

三维凝固数值解析的研究及其对铝合金铸件的应用

本文将直接差分法用于铸件的凝固数值计算,在原来二维凝固计算的基础上加以扩充,编制了原则上适用于任意复杂形状铸件的三维凝固解析通用程序;为使需要输入大量数据的三维计算付诸实用,还研究编制了数据自动形成预处理程序.从L形纯铝及铝硅合金铸件的计算结果说明,这种形状的铸件不能采用二维计算,而三维计算结果接近于实验值.作者又在L形铝合金铸件的底部按置冷铁进行了实验和计算,结果指出:对具有一定凝固范围的共晶型合金,凝固过程中的固相线推进速度与微观缩松之间具有很好的对应关系.因而提出:在补缩方向的固相线推进速度可以作为此类合金微观缩松程度的判别参数,并有可能在采用工艺措施控制固相线推进速度的同时,通过数值计算来确保获得组织致密的铸件.     

铝硅合金铸件中的二次枝晶间距

针对ＺＬ１０５,ＺＬ１０１,ＺＬ１０９铝硅合金圆柱体铸件,在砂型铸造条件下,研究凝固时间τ,温度梯度Ｇ,凝固指数ｆｉ,温度梯度加速度ａＧＡＰ与铸件二次枝晶间距λＤＡＳ,孔洞率Ｐ和极限抗拉强度σｂ之间的关系。     

金属铸造过程界面传热系数的测定

通过采集金属铸造过程中铸件/铸型界面上温度的变化曲线,利用有限元分析软件ANSYS模拟了金属铸造凝固过程的温度场,采用非线性估算法,求解了以铝合金为铸件材料的铸件/铸型间的界面传热系数,发现了该界面传热系数随时间的变化规律.计算结果表明:在金属铸造过程中,铸件-铸型界面传热系数随着凝固时间的增加迅速下降,随后下降变得缓慢,凝固结束后趋于稳定.铸型厚度增大对界面传热系数有很大影响,随着铸型厚度的增加,界面传热系数减小.     

基于CAE分析的铝合金壳形件浇注系统的优化研究

随着铝及铝合金铸件越来越广泛的应用,各应用领域对铝合金铸件成形工艺提出了更高的要求和更高的标准.但是,原始的侧端面浇口浇注系统在铸件过程中还存在诸多缺陷.为提高铝合金壳形件浇注系统的充型和凝固性能,基于CAE、ProCAST,以ZL102铝合金壳形件为研究对象,提出了中心浇口浇注系统的优化方案.经数值模拟分析可得出结论,将中心浇口浇注系统应用于ZL102铝合金壳形的过程中,充型与凝固情况得到明显的改善,系统得到了最终的优化.     

泡沫铝合金在凝固过程中熔体的孔隙率变化

研究了泡沫纯铝和泡沫AlSi7Mg0.45的凝固方式及其对孔结构的影响,并讨论了熔体泡沫在凝固过程中的体积变化和孔隙率变化。结果表明：在合适的冷却条件下,纯铝熔体泡沫倾向于逐层凝固,在凝固过程中易形成中心缩孔,AlSi7Mg0.45熔体泡沫倾向于同时凝固,易形成热裂纹;纯铝熔体泡沫在凝固过程中,体积减小,孔隙率增加,而相对于纯铝来说,AlSi7Mg0.45熔体泡沫的体积及孔隙率均有所减小。     

铸件/铸型边界模型对用于RT的凝固模拟精度影响的研究

在快速模具制造工艺 RT (Rapid Tooling)中 ,采用尺寸凝固模拟技术保证铸件的尺寸精度是 RT工艺中关键的技术环节 ,而凝固分析中铸件 /铸型边界模型的正确与否对尺寸凝固模拟精度有着重要的作用。采用 3种不同的铸件/铸型边界模型对 RT工艺中典型标准件的凝固过程进行数值分析及实验验证 ,分析结果及实验证明在 RT工艺铸件尺寸精度的凝固分析中 ,铸型 /铸件的边界模型采用铸件、铸型均为热变形弹塑性体 ,且采用接触力学中的接触单元法对铸型 /铸件的边界进行分析更符合实际。采用这种铸件 /铸型边界模型对汽车覆盖件模具的凝固过程进行了热力耦合分析 ,数值计算得到的铸件尺寸与实际铸件的尺寸吻合较好 ,证实所采用的铸型 /铸件边界模型是正确的、可行的     

铸件凝固过程数值模拟后处理的研究

针对采用有限差分法实施凝固过程数值模拟时数据结构的特点，提出了采用背面消除和画家方法进行消隐以生成三维图形的方法．为了提高绘图的速度，提出了替代视向变换矩阵运算的一种简便算法．根据由数值计算得到的铸件凝固时间，提出了在二维剖面上显示凝固动态过程的方法．经过实践证明，提出的方法可以快速地完成上千万网格单元数据的后处理．     

铸件凝固二维温度场的计算机模拟

本文根据铸件凝固时的传热数学模型,选取了双向交替隐式格式(ADI)有限差分法作为铸件凝固温度场的模拟计算方法。由此,利用 FORTRAN 语言在中型计算机 VAX-11/780上编制了一套任意截面形状铸件温度场模拟计算通用程序和一套铸件浇注、凝固仿真通用程序。并对国内未曾报道的呋喃树脂自硬砂的导热系数值进行了测定。运行通用程序得出的模拟计算结果与实测结果符合得较好。     

COMPUTER SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL TEMPERATURE FIELD FOR CASTING SOLIDIFICATION

Based on the mathematical model of Fourier Heat Conductivity Equations, this paper firstchooses an alternating-direction-implicit (ADI) type of finite difference method as the numericalcalculation method which is absolutely convergent and stable for time steps of any size when usedto calculate the temperature field. Then, the generalized programs are designed with FORTRANlanguage which can be used to calculate two-dimensional temperature field of casting solidificationof cast steel or cast iron for any shape. The calculated results about their solidification tendencyobtained from the above programs are found in good agreement with the experimental ones. Inaddition, we have measured the thermal properties of the furane resin sand which is the mouldingmaterial to make steel ingot moulds.     

一种提高铸件凝固过程数值计算效率的方法

基于显式差分法,提出了一种占用内存少交能提高砂型铸件凝固过程数值计算效率的方法,采用一个数据块存储铸件／砂型系统的温度场以节省内存,对砂和铸件区域采用不同的时间步攻分别进行计算以提高计算速度,并选择适当的方法处理个个计算域的耦合问题,通过一个实例证明,该算法可使模拟计算速度提高１倍,而计算所得的铸件温度场几乎与传统算法一致。     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

连铸结晶器内传热状态奇异摄动分析及其数值解法

用奇异摄动方法对连铸结晶器内传热状态进行理论分析,并且结合移动网格法构造 了一种奇异摄动数值方法进行了相应的计算。与实验结果比较,两者相符甚好,为结晶过程的分析及参数控制提供了一个理论依据。     

FGH95合金雾化熔滴凝固热学参数数值计算

运用等效热容法对等离子旋转电极雾化（PREP）FGH95高温合金熔滴在冷却凝固过程中的凝固热学参数进行了数值计算，给出了雾化熔滴在凝固过程中固液界面前沿的温度梯度及固液界面移动速率随固相分数的变化关系以及熔滴冷却速率和凝固时间随熔滴尺寸的变化关系。     

节镍奥氏体不锈糯固模式及氮的影响

在连铸板坯选取氮含量不同试样,利THERMORESTOE—W型焊接热模拟机对试样局部加热熔化,令其在设定的冷却温度范围以特定的速度冷却,研究氮含量对节镍奥氏体不锈钢初凝组织的影响。试验结果表明：由于氮含量的差异,低氮式样（1号）、高氮式样（2号）的凝固模式不同,且他们随着冷却速度的增加,铁素体及晶粒内部沉淀相的含量变化趋势存在明显的差别。     

铸铁水平连铸用圆结晶器水冷套换热计算方法的研究

建立了铸铁铸用圆结晶器水冷套的换热模型，给出了换热边界条件的确定方法。采用该计算方法可以计算不同水道结构参数和不同水流参数下水冷套的换热效果，其计算结果与实测结果基本符合。该计算方法可为设计结晶器水冷套时使用，并与可已有铸铁水平连铸铸坯凝固过程数值模拟计算程序结合，使之更加完善。     

用交替方向隐式迭代法计算铸件凝固过程的温度场

为了提高薄壁、复杂铸件凝固过程数值模拟时的计算速度,将整个计算域分为砂型和铸件两个分区,用显式差分格式计算砂型中的温度场,用交替方向隐式迭代法计算铸件中的温度场;基于热焓法,采用源项线性化技术处理凝固潜热,以提高铸件温度场的收敛速度,采用变时间步长以提高铸件温度场的计算效率。通过一个算例,证实本算法可提高薄壁铸件凝固过程数值模拟的计算效率。     

用热管技术增大夜晚沙土降温幅度的实验研究

进行了热管增大沙土降温幅度的实验.实验中使沙土温度高于大气温度,测量了随时间推移沙土的自然降温曲线和插入热管后沙土的强制降温曲线.实验分若干组:测同一沙层不同半径处沙土温度,测同一半径不同沙层处沙土温度,改变热管根数测沙土温度.实验结果表明:当入夜后大气温度低于沙土温度时,热管可以增大沙土降温幅度,从而使利用热管减缓沙土中的水分蒸发成为可能.