鑄造凝固過程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)研究.pdf

1、鑄造是應(yīng)用最為廣泛的材料成型工藝之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，當(dāng)今傳統(tǒng)的鑄造工藝已跟不上知識經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)介入鑄造技術(shù)標(biāo)志著鑄造業(yè)由傳統(tǒng)走向現(xiàn)代化。凝固過程是鑄造過程的重要一環(huán)，對鑄件表面及內(nèi)部質(zhì)量有著決定性的影響。本文通過研究凝固傳熱過程定量分析理論，建立傳熱過程的數(shù)學(xué)模型，并開發(fā)具有獨(dú)立計(jì)算功能的傳熱模擬計(jì)算程序，預(yù)測鑄件生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷及部位，從而為優(yōu)化鑄造工藝過程提供理論指導(dǎo)。實(shí)踐證明，本文的研究內(nèi)容具

2、有重要的科學(xué)價值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文在深入研究金屬凝固傳熱學(xué)的基礎(chǔ)上，建立了凝固過程傳熱微分方程數(shù)學(xué)模型。總結(jié)求解微分方程的各種數(shù)值算法，并分析影響凝固傳熱的各邊界條件，采用有限差分法對數(shù)學(xué)模型在時間及空間上進(jìn)行離散化，建立了具有定解條件的差分方程。針對不同材料傳熱特性不同的問題，建立對應(yīng)鑄件-鑄型邊界模型，并采用一個綜合傳熱系數(shù)來表達(dá)邊界處的傳熱特點(diǎn)。采用溫度回復(fù)法解決小結(jié)晶區(qū)間合金的潛熱釋放問題，對于具有一定結(jié)晶區(qū)間的合

3、金則采用等價比熱法進(jìn)行處理，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，提高計(jì)算的準(zhǔn)確度。對凝固潛熱的釋放模式進(jìn)行研究，確定采用潛熱釋放與溫度變化呈線性關(guān)系的模式進(jìn)行近似計(jì)算。同時，在用等價比熱法處理潛熱問題時，分六種情況對可能的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論，并根據(jù)能量平衡原理，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，提高了處于凝固區(qū)間網(wǎng)格傳熱計(jì)算的精度。
　　 程序開發(fā)部分，本文采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，以Microsoft VC++6.0為開發(fā)平臺，獨(dú)立開發(fā)了凝固溫度場計(jì)算功能模

4、塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型求解的程序化。通過開發(fā)相應(yīng)的接口程序，將各功能模塊與主程序動態(tài)鏈接，減小主程序文件尺寸，提高了程序運(yùn)行的效率。通過開發(fā)文件數(shù)據(jù)讀入接口，實(shí)現(xiàn)了三維造型軟件與本程序的數(shù)據(jù)連通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟件三維模型顯示、網(wǎng)格剖分、凝固傳熱模擬計(jì)算及計(jì)算結(jié)果顯示等一整套數(shù)值模擬過程。軟件界面簡潔易用，程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、可讀性及可擴(kuò)展性良好。
　　 最后，將所開發(fā)模擬程序用于零件模型的傳熱過程模擬，分析計(jì)算結(jié)果并與成熟模擬軟件AnyCa