擠壓鑄造凝固過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)研究.pdf

1、隨著鑄造CAE模擬技術(shù)的快速發(fā)展，各種鑄造凝固過(guò)程數(shù)值模擬軟件已經(jīng)在大型企業(yè)普遍應(yīng)用，新產(chǎn)品基本都要進(jìn)行數(shù)值模擬，以便于降低鑄件試制周期和費(fèi)用、減少鑄件缺陷、改善鑄件質(zhì)量。本文通過(guò)建立傳熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，開(kāi)發(fā)具有獨(dú)立計(jì)算功能的溫度場(chǎng)模擬計(jì)算程序，來(lái)預(yù)測(cè)鑄件產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷類型及部位，從而為優(yōu)化產(chǎn)品的工藝參數(shù)提供理論指導(dǎo)。
　　 本文在對(duì)擠壓鑄造相關(guān)理論及鑄造凝固過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)深入了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)值傳熱學(xué)

2、的導(dǎo)熱定律，推導(dǎo)出了凝固過(guò)程溫度場(chǎng)的熱傳導(dǎo)微分方程。為了保證求解實(shí)際導(dǎo)熱問(wèn)題獲得唯一解，在處理鑄件和鑄型的邊界條件時(shí)，建立了能夠表達(dá)不同計(jì)算網(wǎng)格單元間傳熱規(guī)律的復(fù)合導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)學(xué)模型。在綜合比較各種數(shù)值計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，采用顯式有限差分法在時(shí)間和空間上對(duì)所建立的熱傳導(dǎo)微分方程進(jìn)行了離散化處理，通過(guò)選擇合理的時(shí)間步長(zhǎng)，建立了具有定解條件的差分方程組。在潛熱處理的問(wèn)題上，優(yōu)先采用了固相率在凝固結(jié)晶區(qū)間隨溫度呈線性關(guān)系變化的潛熱釋放模式。此外，

3、通過(guò)對(duì)熱焓法、溫度回升法和等價(jià)比熱法三種常見(jiàn)的潛熱處理方法的深入研究，最終確定了如下潛熱處理方法：對(duì)于凝固結(jié)晶區(qū)間比較窄的合金，采用溫度回升法；對(duì)于凝固結(jié)晶區(qū)間比較寬的合金，采用等價(jià)比熱法。根據(jù)能量守恒定律，利用相應(yīng)的潛熱處理方法對(duì)每個(gè)計(jì)算網(wǎng)格單元的溫度值進(jìn)行修正，提高了凝固過(guò)程溫度場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　 在程序設(shè)計(jì)方面，本文采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，利用Microsoft VC++6.0作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分發(fā)揮C++類的封

4、裝性、數(shù)據(jù)隱藏、繼承性和多態(tài)性的特點(diǎn)，獨(dú)立開(kāi)發(fā)出了一個(gè)封裝溫度場(chǎng)計(jì)算功能的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。通過(guò)共享課題組前處理部分開(kāi)發(fā)的STL文件接口程序和網(wǎng)格剖分模塊，本文添加了設(shè)置鑄件和鑄型尺寸及熱物理參數(shù)的對(duì)話框界面，用于凝固模擬的各種計(jì)算條件的設(shè)置界面，以及凝固模擬計(jì)算結(jié)果顯示模塊等內(nèi)容，并與課題組開(kāi)發(fā)的主程序擴(kuò)展鏈接，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)凝固溫度場(chǎng)數(shù)值模擬過(guò)程。
　　 為了檢驗(yàn)所開(kāi)發(fā)的凝固溫度場(chǎng)計(jì)算模塊的實(shí)用性，本文對(duì)兩個(gè)典型的鋁合金鑄件產(chǎn)品在