鑄造充型凝固過程宏微觀數(shù)值模擬及工程應用.pdf

1、本文主要進行了鑄件充型凝固過程宏微觀數(shù)值模擬研究，宏觀數(shù)值模擬研究了流動場與溫度場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法求解流動場與溫度場耦合的數(shù)學模型及計算方法，針對VOF法中“施主—受主”處理方法對三維問題經(jīng)常導致的自由界面模糊現(xiàn)象，提出了簡單有效的改進措施；同時針對流動場計算時間長、效率低的問題，提出了三種提高流動場計算速度的方法；并利用改進的算法，對

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

3、軸箱體鑄件進行了模擬計算。 研究了枝晶生長過程的相場模型及其數(shù)值解法，并編制了枝晶生長程序。模擬了純物質和鋁合金枝晶的生長過程及各種參數(shù)如熱擾動、界面厚度、空間步長等對枝晶形貌的影響，并探索了宏微觀耦合模擬的插值方法。 設計了熱電偶定位測試實驗對階梯形砂型重力鑄造鑄件進行了溫度場耦合的流動場實驗驗證；利用DPIV技術設計了低壓鑄造0.1atm和0.6atm兩種工藝狀況下的水力模擬實驗，研究了模擬和實驗中流頭狀態(tài)，流頭兩側

4、液面及流動速度的情況；并對下端蓋和圓柱鑄件模擬計算中的縮孔縮松和實驗結果進行對比；微觀組織模擬的驗證工作是利用他人模擬和實驗得到的枝晶形貌與作者模擬的形貌進行比較。 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構及前處理，后處理，圖形顯示，工程數(shù)據(jù)庫等集成系統(tǒng)所包含的關鍵技術。并將此軟件與MAGMAsoft軟件對同一鑄件相同工藝的模擬結果進行比較。 利用集成軟件系統(tǒng)對實際生產(chǎn)的端蓋鑄件進行了流動