基于SPH方法的鑄造充型過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、鑄造充型過程作為鑄件成形的重要階段，直接影響著鑄件的成形質(zhì)量。鑄造充型過程中可能產(chǎn)生夾渣、澆注不足等缺陷，由于在傳統(tǒng)的鑄造過程中，其充型過程是不可見的，而通過采用鑄造充型計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算技術(shù)，可以預(yù)測(cè)充型過程中金屬液的流動(dòng)狀態(tài)，從而優(yōu)化鑄件工藝設(shè)計(jì)和參數(shù)，保障鑄件產(chǎn)品質(zhì)量，克服試制周期長(zhǎng)、質(zhì)量控制難、試制成本高等缺點(diǎn)。所以進(jìn)行鑄造充型過程數(shù)值模擬研究具有十分重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景?，F(xiàn)行的鑄造充型過程數(shù)值模擬多采用F EM或F DM等

2、基于網(wǎng)格的數(shù)值模擬計(jì)算方法，但是基于有網(wǎng)格的數(shù)值模擬方法通常難以處理極大網(wǎng)格變形和運(yùn)動(dòng)交界面追蹤等問題，且大多不能有效的進(jìn)行鑄造充型過程多相流動(dòng)的計(jì)算。光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)即S P H方法是一種純Lagran ge形式的無(wú)網(wǎng)格粒子法，它在處理自由表面、運(yùn)動(dòng)交界面以及多相流問題上較基于網(wǎng)格的計(jì)算方法有著巨大的優(yōu)勢(shì)。SP H方法在鑄造數(shù)值模擬計(jì)算領(lǐng)域的研究相對(duì)較少，需要進(jìn)一步探討研究，所以該數(shù)值模擬方法有著巨大的發(fā)展前景。本文主要在以下幾個(gè)方

3、面對(duì)SP H方法在鑄造充型過程的數(shù)值模擬應(yīng)用進(jìn)行了研究：
　　在系統(tǒng)的研究SP H的基本原理基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出符合金屬液充型流動(dòng)過程的質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒等控制方程的SPH方法的粒子離散形式，并對(duì)控制方程進(jìn)行了相應(yīng)的修正。建立了SP H方法在鑄造充型過程中邊界固壁粒子模型、粒子搜索方法、光滑函數(shù)選取，時(shí)間積分等計(jì)算優(yōu)化修正方法。在建立SP H方法數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，基于FO RTR AN語(yǔ)言，開發(fā)出了鑄造充型過程的計(jì)算機(jī)

4、數(shù)值模擬程序。通過建立的計(jì)算機(jī)程序，我們對(duì)Benc hmark鑄件的充型過程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，將計(jì)算的結(jié)果同實(shí)際的澆注充型過程做了對(duì)比和分析，對(duì)計(jì)算結(jié)果粒子的密度場(chǎng)進(jìn)行了分析，計(jì)算結(jié)果符合金屬液的不可壓縮性特性。并與鑄造數(shù)值模擬軟件Win-Cast數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果相比較，基于建立的SPH計(jì)算程序數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加一致，表明了建立的SPH計(jì)算程序的優(yōu)勢(shì)?；赟PH計(jì)算程序計(jì)算結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及Win-C as t數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果

5、對(duì)比表明了建立的SP H數(shù)值模擬計(jì)算程序有效性和可靠性。
　　對(duì)SP H方法在鑄造充型過程的固液兩相流模型進(jìn)行了研究。建立了固液兩相流的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)程序?；谠摮绦颍瑢?duì)一個(gè)簡(jiǎn)化的渣團(tuán)模型隨金屬液流動(dòng)充型過程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，分析了渣團(tuán)隨金屬液的流動(dòng)過程，并將充型結(jié)束后，渣團(tuán)的位置和實(shí)際的澆注結(jié)果相對(duì)比。對(duì)比結(jié)果顯示，基于建立的SP H計(jì)算程序數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果中渣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)和最終所處鑄件位置基本一致。驗(yàn)證了所建立的SP H