鑄造充型凝固過程宏微觀數(shù)值模擬及工程應(yīng)用.pdf

1、本文主要進(jìn)行了鑄件充型凝固過程宏微觀數(shù)值模擬研究，宏觀數(shù)值模擬研究了流動(dòng)場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合的充型過程及凝固過程，微觀數(shù)值模擬研究了枝晶生長演化過程。 在充型過程數(shù)值模擬中，采用了SOLA-VOF法求解流動(dòng)場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法，針對(duì)VOF法中“施主—受主”處理方法對(duì)三維問題經(jīng)常導(dǎo)致的自由界面模糊現(xiàn)象，提出了簡單有效的改進(jìn)措施；同時(shí)針對(duì)流動(dòng)場(chǎng)計(jì)算時(shí)間長、效率低的問題，提出了三種提高流動(dòng)場(chǎng)計(jì)算速度的方法；并利用改進(jìn)的算法，對(duì)

2、法蘭件和上曲軸箱體進(jìn)行了流動(dòng)場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算。 在凝固過程數(shù)值模擬中，采用改進(jìn)的溫度回升法，處理了任意結(jié)晶溫度范圍合金的潛熱計(jì)算問題。采用動(dòng)態(tài)封閉多熔池等效液面收縮量法進(jìn)行了重力鑄造條件下縮孔的定量預(yù)測(cè)，并建立了重力鑄造下縮松預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型，此模型不僅考慮了熱狀況的影響，同時(shí)考慮枝晶間流動(dòng)和含氣量的影響，提高了縮松預(yù)測(cè)的精度；考慮壓力對(duì)枝晶補(bǔ)縮能力的影響，提出了低壓鑄造條件下縮孔預(yù)測(cè)判據(jù)，并對(duì)砂型重力鑄造的支座鑄件及低壓鑄造的上曲

3、軸箱體鑄件進(jìn)行了模擬計(jì)算。 研究了枝晶生長過程的相場(chǎng)模型及其數(shù)值解法，并編制了枝晶生長程序。模擬了純物質(zhì)和鋁合金枝晶的生長過程及各種參數(shù)如熱擾動(dòng)、界面厚度、空間步長等對(duì)枝晶形貌的影響，并探索了宏微觀耦合模擬的插值方法。 設(shè)計(jì)了熱電偶定位測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)階梯形砂型重力鑄造鑄件進(jìn)行了溫度場(chǎng)耦合的流動(dòng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；利用DPIV技術(shù)設(shè)計(jì)了低壓鑄造0.1atm和0.6atm兩種工藝狀況下的水力模擬實(shí)驗(yàn)，研究了模擬和實(shí)驗(yàn)中流頭狀態(tài)，流頭兩側(cè)

4、液面及流動(dòng)速度的情況；并對(duì)下端蓋和圓柱鑄件模擬計(jì)算中的縮孔縮松和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；微觀組織模擬的驗(yàn)證工作是利用他人模擬和實(shí)驗(yàn)得到的枝晶形貌與作者模擬的形貌進(jìn)行比較。 開發(fā)了集成化的鑄造CAE軟件系統(tǒng)CASTsoft，介紹了此軟件的組成結(jié)構(gòu)及前處理，后處理，圖形顯示，工程數(shù)據(jù)庫等集成系統(tǒng)所包含的關(guān)鍵技術(shù)。并將此軟件與MAGMAsoft軟件對(duì)同一鑄件相同工藝的模擬結(jié)果進(jìn)行比較。 利用集成軟件系統(tǒng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的端蓋鑄件進(jìn)行了流動(dòng)