立式離心鑄造充型過程數(shù)值模擬.pdf

1、離心鑄造作為一種高效鑄造成形方法,廣泛應(yīng)用于軍事,精密儀器制造和航空航天等領(lǐng)域。近年來,離心鑄造在鑄造行業(yè)中占據(jù)著越來越重要的地位。然而,相比普通鑄造,離心鑄造流動(dòng)場(chǎng)更加復(fù)雜,離心鑄造過程更難于控制。目前,基于離心鑄造的生產(chǎn)工藝一般停留在定性設(shè)計(jì),經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)的狀態(tài)。利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)離心鑄造生產(chǎn)過程的模擬,能夠在生產(chǎn)過程提前預(yù)測(cè)缺陷、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化工藝、指導(dǎo)生產(chǎn),并有效地控制鑄件質(zhì)量。為此,擬采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法,深入探索了立式離心

2、鑄造金屬液充型流動(dòng)規(guī)律。
　　根據(jù)立式離心鑄造的特點(diǎn),闡述了立式離心鑄造的關(guān)鍵工藝,分析了基于離心鑄造下的兩類慣性力的作用和離心鑄造自由表面的特點(diǎn)。為了更加準(zhǔn)確地模擬充型過程中自由表面的變化,本研究采用Level Set方法建立了立式離心鑄造充型過程氣-液兩相流的數(shù)學(xué)模型。
　　在對(duì)立式離心鑄造數(shù)學(xué)模型的求解方面,采用基于交錯(cuò)網(wǎng)格的有限差分法對(duì)控制方程組進(jìn)行離散,應(yīng)用Projection方法求解充型過程的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng),提高

3、了計(jì)算效率和計(jì)算精度。在用Level Set方法追蹤自由表面時(shí),采用高精度的三階龍格-庫(kù)塔方法和五階WENO格式,提高了自由表面追蹤的準(zhǔn)確性。
　　研究了離心力作用下圓柱形容器中液體自由表面和壓力的分布情況,推導(dǎo)了離心力作用下的流動(dòng)過程的解析解。為了驗(yàn)證本研究的Projection-Level Set兩相流數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法的準(zhǔn)確性,本文模擬了有解析解的立式離心鑄造流動(dòng)過程算例,數(shù)值結(jié)果與理論結(jié)果吻合較好。同時(shí),采用本文的數(shù)學(xué)模型