消失模铸造充型过程的计算模型

根据消失模铸造充型过程的特点,提出了一种消失模铸造液态金属充型流场、温度场及界面推移的计算模型。用人工神经网络方法计算了充型过程中不同时刻液态金属模样界面的位置。结合界面位置及边界条件,通过求解N-S方程和能量方程计算了消失模铸造充型过程的流场及温度场。界面推移过程的实验表明,模拟计算结果在充型形态及充型时间方面与实际测试结果相符。     

铸造工艺的计算机辅助设计

阐述了铸造工艺计算机辅助设计的研究方法.使用PRO/E软件完成对铸件的实体造型,利用相应的铸造模拟软件MAGMAsoft对铸件充型状态、凝固过程的温度场、流场和应力场进行模拟.根据模拟结果,可判断出铸件可能产生的缺陷并对缺陷成因进行分析,评估了铸造工艺与铸件质量,提出了改进方案.     

铸造充型过程初始温度场的数值模拟及实验研究

对铸造充型过程进行数值模拟是铸造计算机辅助工艺设计的重要内容之一。对铸件充型过程的流场温度场变化及初始温度分布进行了数值模拟研究。在计算方法改进方面，以二维ＶＯＦ方法为基础，提出了一种简单实用的三维自由表面处理技术。用显式热焓法求解能量方程，显著缩短了计算时间。为验证这些计算方法，以灰铸铁试件为例，对其初始温度场进行了重复测试。模拟结果与实测结果吻合较好。     

连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定

建立了描述连续铸造过程的温度场模型,用外推法得出凝固金属在结晶器出口侧的非物理边界条件模型,使稳态温度场的计算精确高效.利用该温度场模型及非物理边界条件模型计算了Al-Cu合金在半连续铸造过程中的稳态温度场,并以此确定的介观温度场作为液固相变模拟的条件,用多尺度计算技术模拟了Al-10%Cu合金在不同浇注温度时的凝固组织,得到了晶粒形貌和分布合理的微观组织.对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与实验吻合.研究表明:该温度场模型及非物理边界条件模型适于稳态连续铸造过程的模拟,并可为金属凝固组织的多尺度模拟提供正确的温度场数据.     

大型轧钢机架铸造过程数值模拟分析

利用procast软件对大型轧钢机机架铸件的充型、凝固过程中流场和温度场进行了模拟分析,能够较好地预测铸造过程中产生的浇不足、冷隔、夹渣、缩孔缩松等缺陷,为合理优化设计浇注系统,制定最佳工艺方案提供依据。借助procast软件模拟仿真,能够缩短产品试制周期约三个月,降低生产成本约20%,同时能够提高铸件材料利用率,确保铸件质量。仿真结果能够较好地反映实际生产情况。     

压力铸造充型过程流动与传热数值模拟的研究

为了解压力铸造的充型特点 ,基于有限差分法建立了液态金属充填型腔过程的流动及耦合传热计算的数学模型 ,使用 SOL A - VOF数值模拟技术开发了压铸充型过程流动与传热的数值模拟分析软件。分别用层流假设和 K- ε紊流模型对“弓”形型腔的充型过程的流场进行了模拟计算 ,并与压铸水模拟实验的高速摄像进行比较 ,结果表明 ,采用紊流模型能更精确地模拟压铸充型过程。最后使用所开发的模拟分析软件 ,对具有三维复杂形状的实际压铸件的充型过程的流场、温度场进行了模拟 ,并分析了充型过程中模具在型腔表面的温度变化规律 ,提出“瞬态层”的概念 ,大大缩小了计算区域 ,提高了计算效率     

热水器压力罐压盖的凝固模拟及结构工艺优化

采用ProCAST软件模拟计算了热水器压力罐压盖的充型和凝固过程,根据凝固温度场模拟和缺陷预测结果,改进了压盖结构和铸造工艺,使其结构工艺性更加合理,显著降低了缩孔和缩裂缺陷,提高了产品的质量和可靠性.     

铸造过程的CAE数值模拟技术

铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域，包括熔融金属流动和传热数值计算，浇注系统设计，模具设计等．铸造过程数值模拟技术是利用计算机技术来改造和提升传统铸造技术，现阶段的铸造CAE（Computer Aided Erlgineering）软件能够准确地预测铸件在充型凝固过程中可能产生的缺陷，进行工艺优化，缩短实验周期，提高铸件质量，降低生产成本．     

铸造速度对Al-Cu合金半固态组织影响的多尺度模拟

用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程与Zl201合金成分近似的5%Al-Cu合金凝固组织受铸造速度的影响。建立了温度场模型和相变模型。通过固相率的变化把温度场计算和微观组织模拟从宏观尺度和介观尺度耦合起来。将宏观尺度上计算出的稳态温度场映射到介观尺度上。利用液固相变区中原胞的平均过冷度确定半连续铸造过程中各元胞的形核,采用溶质扩散模型描述晶粒长大。针对选定对象模拟了浇铸温度为930 K,铸造速度在(1.5～3.5)mm/s时微观组织的演变。结果表明,当铸造速度在2.0 mm/s时得到的微观组织均匀、细小,模拟结果与实验结果吻合。     

双带式薄板连铸数值模拟

建立了双带式薄板连铸凝固过程流动与热交换的数学模型。该模型适用于铸造合金凝固各区即液相区域，固相区和糊状区，能量方程和流动方程在车式错列钢格上离散成有限差分方程后用迭代法求解。计算出ＡＩＳＩ１０２０钢薄板连铸过程流场，温度场和凝固区的形貌，并模拟了浇嘴高板坯厚度对凝固过程的影响。     

低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程的影响

在传统热顶铸造过程中施加低频电磁场,使用热电偶测量了稳定铸造阶段从铸锭中心到边部不同位置的冷却过程,得到了铸锭内部的温度分布,分析了低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程、宏观组织和表面偏析层厚度的影响.实验表明:低频电磁场使铝熔体产生的强制对流使熔池内的温度分布更加均匀,促进了铝熔体过热的散失,使熔池内的温度低于6063铝合金的液相线温度,提高了熔池内部形核质点的数量,在没有添加细化剂条件下使铸锭宏观组织均匀细小,降低了液穴深度.铝熔体流动速度的加快能增强石墨环与铝熔体之间的换热,使结晶器内铸锭表面初始凝壳点位置上移,减小了铝熔体与结晶器的有效接触高度,提高了铸锭的表面质量.     

液态金属充型过程流动与传热数值模拟

根据有限差分法原理,对液态金属充型过程中同时发生的流动与传热过程,用在微小时间段内独立的流动与传热过程近似表示.结合温场数值模拟与流场数值模拟技术,开发铸件成形过程流动场与温度场耦合的数值模拟软件,并利用该软件对标准实验铸件充型过程进行耦合分析.研究结果表明:该方法不需要求解用能量平衡法建立的,考虑了流动对传热影响的复杂方程,有利于提高流动与传热耦合数值模拟的计算速度;自主开发的金属液态成形工艺分析系统的"耦合"计算功能是有效的,且计算精度较高.     

镁合金薄带双辊铸轧过程的数值模拟

基于立式薄带双辊铸轧工艺的特点,采用有限元法求解镁合金薄带双辊铸轧过程的三维宏观传输方程,并应用ANSYS软件的智能网格划分技术,实现了对铸轧过程中熔池内部温度场、速度场及凝固过程的耦合模拟.分析了铸轧速度及浇注温度等主要工艺参数对熔池内流场、温度场和凝固终了点的影响规律.研究结果表明,随着浇注温度和铸轧速度的增加,熔池出口处的温度升高,凝固终了点向熔池出口处移动.通过对模拟结果的讨论,给出了适合镁合金薄带铸轧过程的工艺参数:浇注温度为640~660℃,铸轧速度为20~30 m/min.     

铸造残余应力有限元分析

本文扼要介绍铸铁件在浇注后凝固过程中瞬时温度场及残余应力场的计算原理和方法。方法的特点是:通过实验测定铸铁件边界上若干点的温度动态曲线,并将求解瞬态温度场的问题,转化为求解准稳态温度场的问题,利用ADINAT程序计算各瞬时的温度场。计算结果与实测值吻合得相当好。然后以各瞬时温度场为依据,利用ADINA程序累加计算铸件由高温冷却至室温时的残余应力场。应力水平为5kg/mm~2,并绘制了相应的应力分布图。     

板坯连铸结晶器温度场的计算机仿真

提出一种计算结晶器内温度场的方法，方法的核心思想是基于结晶器中的温度分布和凝固壳的厚度分布是一个稳态的过程，从而得到流场和温度场稳态下的耦合模型，同时利用有效热容的概念来处理相变潜热源项，在程序编制过程中利用动态更新来实现凝固对物理量的影响。模型求解结果与漏钢试得到的凝固壳厚度进行了对比分析，从而证实了方法的正确性和实用性，还研究了板坯结晶器凝固壳厚度分布。     

方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟

利用ANSYS和CFX软件建立了描述160mm×160mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌过程的数学模型.通过确立钢液黏度与温度的定量关系,考虑凝固时钢液黏度的重要影响,研究了方坯凝固末端糊状区磁场和流场的分布,以及电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速度的影响规律.结果表明:搅拌电流强度每增加100A,铸坯中心磁感应强度增加250×10-4T,切向电磁力增加1933N/m3,最大流速增加69cm/s.现场实验检验结果表明:60#钢凝固末端电磁搅拌器安装位置处液芯半径为344mm,最佳电磁搅拌频率为6Hz,最佳搅拌电流为380A,此时凝固前沿最大流速为165cm/s,铸坯中心碳偏析得到明显改善,中心碳偏析指数为104.     

电磁场作用中近液相线铸造ZL201合金的组织及其机理

以ZL201合金为研究对象,采用降低浇铸温度同时施加电磁场的模铸工艺,研究了ZL201合金的凝固组织及组织细化机理.结果表明:在液相线温度附近施加电磁场,合金组织为均匀、细小非枝晶组织;随着电流增大和冷却增强,组织细小、均匀的趋势增强;低过热度浇铸时,临界晶核半径减小,此时在电磁场作用下,熔体的温度梯度降低,促进了准固相原子团簇在熔体中的形成,形核率增大,组织细小、均匀.凝固初期,由于电磁场作用使溶质分布均匀,熔体中晶核向各方向的长大速率趋于一致,晶粒以近球形长大.     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据。     

镁合金轮毂低压铸造过程模拟

运用软件PAM—CAS^TM对镁合金轮毂的低压铸造过程进行了数值模拟,研究了填充和凝固过程中温度场、流场以及液体分数等主要参数的分布,预测在此过程中可能出现的各种缺陷．结合镁合金独特的物理性能,分析了这些缺陷的形成机理,给出抑制这些缺陷的方法和措施．发现通过降低浇注速度,可有效地消除在浇铸过程中所产生的气孔和部分缩孔缺陷,以获得高质量的镁合金铸件．