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.     

铸件凝固三维温度场的计算机模拟

本文在论述采用隐式方法进行铸件凝固进程数值模拟的基础上,编制了铸件凝固温度场三维数值模拟计算程序。通过理论计算和实测结果的比较,得出三维数值模拟计算具有较好的精确度。三维模拟计算与二维模拟计算的结果相比较说明,开发三维凝固温度场解析程序是十分必要的。最后,本文提出了在前人基础上继续探索更实用数值方法的重要性。同时指出热应力场的数值模拟是今后研究的发展方向。     

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。     

大型铸件凝固进程的数字模拟

本文介绍用有限差分法数字模拟大型铸件凝固进程的方法和编制通用源程序的特点。提出了计算铸件同铸型、铸型同外界的热交换和共晶合金及具有凝固温度范围的合金计算凝固率的数学模型。凝固潜热依照随时间变化的凝固率计算．型料的热性能处理为温度的函数。编制的源程序可以模拟计算可化为二维问题的各种形状的铸件及各部位同时存在不同型料的铸型．文中还对两种大型螺旋桨的模型（普通冒口和保温冒口）做模拟计算，并与实测结果进行了比较．     

离心铸造大型汽缸套凝固过程的数值模拟及实验研究

本文以离心铸造280型柴油机汽缸套为对象进行了数值模拟及实验研究。计算采用了全隐格式的直接差分法,用热焓法处理潜热;在边界处理中考虑了模套外表面的对流换热及铸件内表面的辐射换热。同时,设计制造了一套柔性传动的刷一环测温装置,获得了实测温度场。数值计算结果与实测温度场基本吻合。由计算结果和对铸件本体的解剖可见:离心铸造汽缸套的凝固过程主要取决于传热的综合效应,在不同部位表现出不同程度的双向凝固,不存在明显的同时凝固区域;缩孔产生于临界固相率曲线封闭位置深入断面中心的情况下;缩松产生于固相率梯度很小的场所,特别是遍布于固相率梯度为负值的区域。改变与传热有关的工艺条件可以改变缸套的凝固方式,有可能控制或避免缩孔、缩松缺陷。     

大型钢锭凝固过程的计算机模拟

本文分析了钢锭-锭模系统的各种边界以及浇注过程中的热交换,应用直接差分法,建立了考虑浇注过程中热交换情况的大型钢锭凝固数值模拟方法,提出采用辐射传热处理钢锭、锭模边界产生气隙后的边界条件。最后应用所编程序计算了60t钢锭的凝固温度场,计算结果表明,显式直接差分法进行凝固数值模拟,单元剖分简单,计算方便。60t钢锭的计算温度场符合钢锭的凝固趋势。     

金属动态凝固过程的计算机模拟

本文采用有限差分法,用BASIC语言编制了凝固过程的计算机模拟程序EDUCAT,并以纯金属A1及具有结晶温度范围的合金A1-Cu5%两类典型材料为例进行了模拟计算.计算结果展示了它们的凝固方式,并由计算机直接得到了凝固区域结构和动态凝固曲线(表示凝固进程的距离一时间曲线),与实测结果比较,证实了模拟结果的可靠性.     

基于MATLAB的静态场边值问题求解方法

以MATLAB作为计算工具,分别采用解析法、有限差分法和有限单元法解决了静态电磁场边值问题,然后将三种方法求得的计算结果可视化并进行比较分析.解析法的可视化过程采用将自变量离散后代入解析解,求出位函数的离散值,用MATLAB编程将结果可视化;有限差分法和有限单元法是根据不同的算法直接求解微分方程,采用MATLAB编程和PDE工具箱将结果可视化.文章阐述了三种求解方法的原理,分别给出了求解的具体步骤和程序,指出利用不同方法借助MATLAB处理静态电磁场的边值问题在教学中具有推广意义.     

应力框动态应力的热弹塑性分析

本研究用热弹塑性方法分析铸造应力框自凝固到冷却过程动态热应力。编制了可模拟计算平面问题异型件铸造应力的电子计算机程序。温度场用有限差分法，应力场则用有限元法计算。本方法可为铸件结构设计和工艺设计提供依据。     

基于AutoCAD的铸件凝固温度场数值模拟

采用AutoCAD二次开发工具AutoLISP编写了铸件凝固温度场数值模拟程序.界面具有与AutoCAD相同的风格,具有方便用户使用的菜单和对话框,集前处理、温度场求解和后处理于一体,避免了AutoCAD和其他计算软件之间的数据传递和转换,提高了工作效率.实例计算结果表明,本程序能有效地模拟铸件凝固过程中温度场的变化情况.     

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.     

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。     

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。     

强流金属离子注入分布的模拟计算

给出了一个计算强束流离子注入下杂质浓度分布的数学模型.利用有限差分法,给出了该模型的数值解及计算程序.用该程序对Mo,W等注入离子的浓度分布进行了数值计算,给出了部分结果并同实验结果进行了比较.     

铸钢件热裂纹的预测

本文以铸件凝固温度场数值模拟为基础，综合地计入了铸件凝固速度，补缩能力，受阻部位的收缩和铸型的柔度，热膨胀等因素，建立了铸钢件热裂预测的判据，模拟铸件的预测计算结果与实际浇注情况的对照表明，文中建立的判据及计算方法对铸钢件的热裂可进行较准确的预测。     

易切削钢9SMn28凝固过程的CAFE法模拟

为了耦合缩孔和疏松模拟凝固过程三维微观组织,对元胞自动机--有限元(CAFE)法的物理本质和数值计算方法进行了分析,采用CAFE法对易切削钢9SMn28铸件进行了凝固过程、缩孔和疏松及三维微观组织的模拟.模拟结果表明:在空冷条件下,铸件表层的凝固是在连续降温过程中进行的,内部是先等温凝固,后降温凝固;缩孔和疏松模拟结果与实际铸件的基本相符;实现了9SMn28合金三维微观组织的模拟,模拟结果与实验吻合较好.     

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．     

基于模拟有限差分法的离散裂缝模型两相流动模拟

模拟有限差分作为一种新型数值计算方法,因其良好的局部守恒性和对复杂网格系统的适用性,在计算流体力学和油藏数值模拟中得到应用。将模拟有限差分方法进一步应用于离散裂缝流动模拟中,对模拟有限差分法的基本原理进行详细阐述,建立相应的离散裂缝数值计算格式,并采用IMPES方法对其两相流问题进行求解,并与实验结果对比。对比结果验证了新方法和程序的正确性,通过复杂离散裂缝算例进一步验证了方法的正确性和程序的鲁棒性。     

熔模铸件凝固收缩流动过程的数值模拟

本文在考虑了由于凝固收缩而引起的液相流动后针对回转体类熔模铸件的凝固过程进行了数值模拟研究,探讨了熔模铸件的凝固界面、空单元界面的移动和凝固过程中的流速场,并直接模拟求得了熔模铸件内部的孔隙率分布。     

ZA27合金凝固过程两相流数值模拟

ZA27合金的凝固特性为典型的糊状凝固并具有比重偏析，为研究比重偏析，本文建立了两相流凝固模型。用Phoenics软件在三维柱坐标系中建模，用有限差分法离散。浓度场模拟结果表明铸件中铝元素有明显的成分偏析，与试验结果基本吻合。该凝固模型能较好地解决凝固过程中固液两相的对流问题，较好地模拟比重偏析现象。