C＃中鑄件凝固過(guò)程溫度場(chǎng)三維數(shù)值模擬軟件開發(fā)研究.pdf

1、通過(guò)鑄造過(guò)程的數(shù)模模擬，人們可以掌握主要鑄造缺陷的形成機(jī)理，優(yōu)化鑄造工藝參數(shù)，確保鑄件質(zhì)量，縮短試制周期，降低生產(chǎn)成本。溫度場(chǎng)數(shù)值模擬是縮孔縮松、熱裂、偏析等缺陷預(yù)測(cè)和流場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)。 在當(dāng)前的數(shù)值模擬軟件開發(fā)中，用得比較多的是Fortran和C++語(yǔ)言，在三維圖形顯示方面多使用OpenGL來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文用微軟最新推出的C＃為開發(fā)語(yǔ)言，用DirectX來(lái)實(shí)現(xiàn)三維圖形顯示，編制了一套鑄件凝固過(guò)程三維溫度場(chǎng)數(shù)值模擬軟件，實(shí)現(xiàn)

2、了STL型文件的處理、直角六面體網(wǎng)格剖分、溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算、冷卻曲線和查看最后凝固區(qū)域等功能，且程序運(yùn)行過(guò)程中均實(shí)現(xiàn)了三維直觀顯示。 軟件開發(fā)的平臺(tái)和語(yǔ)言，直接決定著軟件開發(fā)的難易，以及軟件運(yùn)行的效率。本文在微軟公司最新推出的.NET程序開發(fā)平臺(tái)下，對(duì)使用最新的C＃語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)值模擬軟件開發(fā)進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn):在C＃中進(jìn)行數(shù)值模擬軟件開發(fā)，不僅編程容易實(shí)現(xiàn)，程序運(yùn)行效率很高且更有利于程序后續(xù)版本的控制。 面向?qū)ο笏枷胧钱?dāng)前

3、程序開發(fā)的主流思想，在程序開發(fā)過(guò)程中，充分使用面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄坏咕幊坦ぷ髯兊酶涌旖?、方便，更可提高程序代碼可讀性、可擴(kuò)充性和可維護(hù)性。本文充分使用面向?qū)ο蟮乃枷耄瑢?duì)數(shù)值模擬計(jì)算中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行索引、排序，大大提高了程序的開發(fā)和運(yùn)行效率。 造型是數(shù)值模擬的第一步，本文直接對(duì)Pro/E、UG等大型造型軟件所造模型實(shí)體進(jìn)行調(diào)用，經(jīng)過(guò)處理后存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，能夠迅速用于網(wǎng)格剖分和數(shù)值計(jì)算。 網(wǎng)格剖分是數(shù)值模擬順利進(jìn)行的前

4、提條件。本文充分使用面向?qū)ο笏枷?，采用逆向思維，對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)格剖分方法進(jìn)行改進(jìn)，描述了一種快速生成均勻或非均勻直角六面體網(wǎng)格的網(wǎng)格剖分方法。這種方法不僅原理簡(jiǎn)單，編程實(shí)現(xiàn)方便，而且剖分速度快，適用于剖分任意形狀的鑄件。 數(shù)值計(jì)算是數(shù)值模擬的核心。傳統(tǒng)的直接差分法具有程序復(fù)雜、計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大等缺點(diǎn)，本文采用簡(jiǎn)化的直接差分法，減少了數(shù)據(jù)量，使程序開發(fā)更簡(jiǎn)單，計(jì)算效率更高。并使用等價(jià)比熱法和溫度回復(fù)法對(duì)凝固潛熱進(jìn)行處理，可以比較準(zhǔn)

5、確地模擬出二元合金在澆注后凝固和冷卻過(guò)程的溫度場(chǎng)變化。 三維圖形的直觀顯示是數(shù)值模擬軟件應(yīng)該具備的功能。在當(dāng)前的計(jì)算機(jī)編程中，常用的圖形顯示技術(shù)有OpenGL和DirectX，但是在數(shù)值模擬方面，OpenGL使用較多，而DirectX則使用較少。本文使用DrectX實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格剖分、溫度場(chǎng)計(jì)算、查看最后凝固的區(qū)域等功能，并列出了使用DirectX的關(guān)鍵步驟，用C＃語(yǔ)言給出了實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬網(wǎng)格可視化的關(guān)鍵代碼，并對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行了說(shuō)明。