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。     

湿型铸件凝固进程数值模拟

建立了湿型铸件凝固进程数学模型，提出了模拟湿型中水分汽化热吸收 的等效温度法。对湿态粘土砂型中纯铝铸件凝固进程进行了数值模拟和实测研究。结果表明，湿型中水分含量对铸件凝固进程有明显影响，铸件凝固时间 随湿型水分含量的增加而减少，壁厚为４ｃｍ的纯铝铸件在水分含量１６％的 湿型中的凝固时间仅为在２％水分含量的湿型中的一半。     

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。     

铸件凝固过程微观数值模拟方法进展

分析了铸件凝固过程微观数值模拟的两种方法 :即晶粒动力学方法和相场法 ,分别介绍了其原理及其应用 ,并指出了各自的优缺点。在文章的最后 ,总结了微观模拟研究的现状及其发展方向。     

铸件凝固温度场计算机采集及其后处理

探讨了铸件凝固温度场的计算机采集及其后处理中的一些技术问题，解决了凝固温度场的计算机采集中易受干扰、数据精度不高、温度数据不足等难题，为凝固温度场数值模拟提供了验证实例。     

铸件凝固温度场计算机实测验证及提高精度的方法

针对铸件凝固温度场的计算机采集及测试精度中所遇到的一些常见而又难以解决的技术问题作了有益的探讨及尝试,解决了凝固温度场的计算机采集中易受干扰、数据精度不高等难题。为主课题－凝固温度场数值模拟提供了准确的验证实例。     

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。     

凝固过程数值计算的模拟

通过对铸件凝固过程中各换热边界条件的研究,建立了凝固过程的二维非稳态温度场计算数学模型;并运用了有限差分方法对模型进行离散,得到大型方程组,并利用超松驰迭代法(即SOR法)解该方程组,据此,利用Turbo C编制了计算机程序.上机运行结果表明,可较满意地模拟铸件凝固过程温度场的分布.     

工业灰铸铁凝固组织形成过程的数值模拟

从接近工业灰铸铁实际凝固过程的角度出发,提出了对凝固组织进行数值模拟的一套方法,主要包括枝晶釉氏体生长过程体积分数的计算以及晶粒接触因 的处理。方法经以样杯中浇铸的试块为对象进行实验验证,证明模拟得到的冷却曲线、奥氏体分数及共晶团密度均与实测结果符合较好。     

热型连铸工艺凝固过程的数值模拟

采用直接差分的方法对热型连铸工艺凝固过程的稳定温度场进行了模拟,绘制了热型连铸工艺凝固过程的温度曲线,分析了铸型出口温度、冷却条件、连铸速度和型内金属液温度对凝固温度曲线的影响．铸型出口温度、冷却条件、连铸速度依次为影响液固界面的主要因素,型内金属液温度对液固界面的影响很小．     

凝固过程温度场的分区域计算

为提高铸造凝固过程数值模拟的计算效率,在砂型铸造凝固过程中,基于凝固特征提出了"瞬态区域"的概念;对不同的计算区域采用不同的时间步长进行计算,建立了分区域计算方法。建立了基于分数步长法的隐式差分方法。此外,提出了一种计算砂型铸造过程中铸型"瞬态区域"厚度的估算方法,并利用铸型的温度梯度分布进行了分析验证。应用分析表明,分区域计算方法在模拟准确性的基础上显著地提高了计算效率,较好地解决了模拟计算的计算效率问题。     

定向凝固通道偏析的数值模拟

为了研究二元组分铸锭中通道偏析的形成和发展,建立了双扩散作用下糊状区液相流动与溶质分布的数学模型,并对铸锭定向凝固过程中的通道偏析进行了数值模拟。运用SIMPLE算法编制了求解数学模型的程序,对模型中的质量、动量、能量和溶质等守恒方程联立求解。通过对NH4Cl-H2O铸锭底面冷却、凝固过程进行模拟研究,得到了定向凝固过程中的温度场、流场、溶质场。铸锭底面冷却时,富含溶质的枝晶间液相的流动可形成垂直向上生长的偏析通道,一些偏析通道由于相连通道的优先生长导致溶质贫化而被掩埋。通道的形成与溶质质量分数C0有很大关系,C0越高,越容易形成通道。C0较低的铸锭,只有在溶质富集到一定程度后才会产生通道。     

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     

双辊薄带铸轧数值模拟研究现状及展望

由于铸轧过程复杂,工序高度凝聚且工艺参数间联系紧密,其中一些重要的现象无法通过现有实验条件进行测量,因此数值模拟方法成为探寻铸轧规律的一种有效方式,已经在有色金属以及钢铁铸轧领域得到广泛应用。本文对近年来采用数值模拟方法针对铸轧过程中熔池、铸辊、浇注布流系统、带坯组织及侧封板方面的研究应用工作进行了总结,并对电磁场、流场、温度场及应力、应变场等多物理场耦合计算的数值模拟技术在铸轧研究中的应用进行了展望。     

双辊薄带连铸温度场与凝固组织数值模拟研究

为了解决薄带连铸工业生产线调试过程中断带、铸带鼓包等问题,提高薄带连铸凝固组织表面质量,基于ProCAST有限元软件,建立双辊薄带连铸工艺的非稳态模型,对Q195凝固过程的温度场及凝固组织进行模拟,采用单一变量法,研究不同工艺参数,包括浇铸温度、拉坯速度、换热系数及熔池高度对凝固过程温度场与凝固组织的影响规律。结果表明,现有工况条件Q195钢双辊薄带连铸过程中在最优参数为浇铸温度1 590℃、拉坯速度为1.0 m/s、换热系数为2 000 W/(m²·K)、熔池高度为188 mm时,能够有效防止鼓包和断带,细化晶粒,提高薄带坯的质量。研究薄带凝固过程中的温度场、凝固组织及应力场的变化规律,对提高带材质量、推动薄带铸轧工艺国产化具有重要意义。     

相场法在凝固数值模拟中的应用

研究了相场方法在纯物质凝固生长过程中计算模拟的应用．通过选取不同过冷度和各向异性系数进行纯物质镍的技晶生长模拟,最后采用加入非平衡扰动的方式,进行了侧向分技生长的模拟．模拟结果表明,模拟中过冷度和各向异性强度需要耦合考虑;非平衡扰动在模拟中不影响尖端生长速度．     

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。     

室内空气流动数值模拟的误差预处理法

为加快室内空气流动数值模拟计算收敛速度 ,基于多重网格法关于高频和低频误差的思想 ,采用误差预处理法对室内空气流动的离散代数方程组进行由粗到细网格上的迭代求解。用该方法和传统迭代法对室内空气等温和非等温流动分别进行模拟 ,其对比结果表明 ,误差预处理算法显著提高室内空气流动数值模拟的收敛速度 ,可将收敛时间减小到原来的 1/ 3～ 1/ 2     

铸造工艺CAD与数值模拟集成化的研究

介绍了两种基于ＡｕｔｏＣＡＤ的图形信息单元离散化方法，并在此基础上开发了集成化软件ＦＣＡＤ系统。实践证明这两种方法解决了铸造工艺ＣＡＤ与数值模拟接口问题，并将两者有机地结合起来。