用直接差分法进行凝固过程数值解析的研究

本文论述了直接差分法对于凝固过程数值计算的适用性.为了使这种方法应用于具有复杂形状和复杂边界条件的铸件系统,本文编制了剖分与数据自动形成的预处理程序及凝固数值计算的通用程序.并将用直接差分法进行数值计算的结果与数学解析解进行比较,说明其在保证收敛的条件下具有实用上所需的精度以及计算时间短、成本较低等优点.本文最后用直接差分法对带有冒口的纯铝圆柱形铸件进行了凝固解析,计算结果与实验值相比,误差在6%以下.因此可以认为,直接差分法是进行凝固数值计算很有前途的方法.本文在设计二维凝固解析程序的基础上,指出了开发三维凝固解析程序的必要性.     

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。     

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．     

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。     

基于AnyCasting的换挡塔压铸缺陷分析及工艺改进

换挡塔原压铸工艺易出现缩松缩孔缺陷,本文对原压铸工艺进行改进,改进浇注系统,利用Anycasting模拟压铸成形工艺中金属液充型和凝固过程。分析表明,金属液能够平稳充型,铸件形状比较完整,铸件凝固过程比较合理,整体上实现了顺序充型和顺序凝固。压铸工艺改进后,铸件缩松缩孔缺陷明显改善,质量大幅提升,铸件的成品率和生产效率得到了较大的提高。     

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。     

压力条件下缩松判据的研究

缩松是铝合金铸件中常见的缺陷。在压力下凝固能够有效减轻铝合金铸件的缩松倾向。为此,从描述枝晶间流动的Ｄａｒｃｙ定律出发,推导出与压力（ＰＳＣ）、温度梯度（ＧＳＣ）及冷却速度（ＲＳＣ）有关的缩松判据ＧＳＣ】ＰＳＣ／ＲＳＣ〈＞ＫＣ,ＫＣ为判据临界值,应用于凝固过程数值模拟。实验结果与计算机模拟结果一致,验证了判据的正确性。该判据不仅适合于铸件在压力下凝固的情况,如低压铸造,同时也适用于普通重力铸造,如砂型铸造。     

Na变质及P变质对ZL108合金凝固过程的影响

本文研究了P变质及Na变质对ZL108合金凝固过程影响.文章首先比较了Na变质及P变质对ZL1C8合金铸件温度梯度、凝固方式、凝固界下形态及凝固速度的影响,发现Na变质ZL108合金的温度梯度及凝固速度比P变质的大,两种变质ZLl08合金均以趋近于逐层凝固的中间凝固方式凝固,凝固界面上出现一些锯齿形的突出物,且P变质这种突出物较Na变质要长.据此得出,在同样工艺条件下,P变质ZL108合金比Na变质ZL108合金容易出现缩松缺陷.     

应用有限元法预计泵壳铸件的缩孔缩松和热裂

应用有限元法对核电站主循环泵壳铸钢件进行了二维温度场及应力场数值模拟,预计了铸件中的缩孔缩松和热裂。实际浇铸试析的解剖结果与数值模拟结果基本相符。同时对拟定的泵壳铸件工艺方案进行了评价。     

球墨铸造铁缩松的形成机理与防止方法

本文从文献分析得出了球铁缩松的形成机理,从机理出发得到了若干生产工艺上应遵循的原则。作者用实验部分地验证了所提出的机理,而工艺原则都在实验中得到了证实,从而归纳了一系列结论。这些结论提出了某些与当前生产上应用的完全相反的观点,主要的有:球墨铸铁虽有比较大的缩松倾向,但仍具有自身补缩的可能性;球铁可以不用冒口而消除缩松,其条件是刚度大的铸型、同时凝固、在外壳完全封闭下凝固;顺序凝固也可以消除宏观缩松,但铸件质量比不用冒口时为差;球铁铸件内除常见的宏观缩松外,在肉眼不能发现缩松的所谓“健全”部分,实际上是不健全的,其中有微观缩松;球铁的体积收缩值是一个条件性的数值,它随铸型条件不同而变;用金属型来生产球铁铸件是一个比较合适的方法。     

近液相线半连续铸造中凝固组织的多尺度模拟

建立了描述连续铸造过程的温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度上的模拟耦合起来.利用外推边界条件对Al-Cu合金在近液相线半连续铸造过程的稳态温度场进行了计算;根据连续铸造特点,提出了用液/固相变区域中元胞的平均过冷度作为形核计算的基本参数,避免了铸件中心区域的多余形核问题.对Al-(3.5~10)%Cu合金、铸造速度为2.0 mm/s的液相线铸造的凝固组织进行了模拟,并且ZL201合金的模拟结果与实验吻合.计算表明:合金成分对半固态合金组织的形成有较大影响,当合金质量分数在(8~10)%时可获得晶粒大小和分布良好的合金组织.     

锌铝合金铸造性能的研究

作者对高铝铸造锌合金ZA27(Z_n-27Al)和ZA12(Z_n-12Al)的铸造性能进行了系统的研究,并与具有优良铸造性能的铝硅合金,ZL102进行了对比.试验结果表明,ZA12锌铝合金具有和ZL102铝硅合金相似的优良铸造性能,ZA27锌铝合金也具有较好的铸造性能,但它具有较大的热裂、缩孔和缩松倾向,特别是在较厚壁砂型铸件中,易产生下部收缩现象,试验认为,这是由于ZA27合金结晶温度范围、较宽,凝固时富铝相和富铜相产生比重偏析的结果.     

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。     

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．     

二元合金凝固微观模型的研究现状

基于对二元合金凝固过程宏观传输耦合数学模型中非平衡凝固路径和局部液相溶质浓度的确定,详细讨论了两种不同类型的微观凝固数学模型,即凝固动力学模型和凝固微观偏析模型,对其中的确定性凝固动力学模型和微观偏析半解析模型的研究现状分别进行了回顾,分别讨论了凝固动力学模型和微观偏析模型的主要影响因素,即过冷度和形核率以及固相反向扩散和枝晶结构粗化,对凝固微观模型在合金凝固过程耦合数值模拟中的应用价值及其未来的研究方向进行了阐述.     

ProCAST在汽车轮毂制造中的应用

为适应人们对汽车轮毂款式的追求,缩短汽车轮毂的研发周期迫在眉睫。应用CAD软件UG创建轮毂和模具的三维模型。借助CAE软件ProCAST自定义材料数据库,并模拟铸造过程。通过研究铝液充型和凝固过程,分析温度场变化、固相比例、Niyam判据以及缩松和缩孔等。研究表明：轮毂轮辋上下边缘以及浇铸中心处容易出现缩松和缩孔。在轮辋中心处、轮辋与轮辐交接处的模具区域采用保温措施,在与浇铸中心缩孔密集处接触的模具区域适当增加冷却强度,可实现顺序凝固,获得高质量的铸件。试验结果为汽车轮毂生产企业新产品的研发提供理论预测以及改进建议。     

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。     

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.     

悬浮浇注对GCr15轴承钢凝固过程的影响

通过研究悬浮浇注工艺下ＧＣｒ１５轴承钢的凝固动力学过程来探讨悬浮剂的作用机理,并在实验的基础上分别讨论悬浮浇注工艺对钢锭凝固过程的温度分布、凝固速度、结晶温度间隔以及形核率的影响。实验结果表明,悬浮浇注能有效地提高钢锭的凝固速度,改善钢锭截面的温度分布和溶质元素的分布,减小合金的结晶温度间隔,增加钢锭形核率。其结果使钢锭凝固时间缩短,化学成分分布均匀,缩松缩孔减少,结晶组织细化。