鋁液充型過(guò)程水模擬及計(jì)算機(jī)可視化技術(shù).pdf

1、本文系統(tǒng)地分析了鋁液充型過(guò)程的流動(dòng)行為及鋁液充型過(guò)程的模擬技術(shù)，通過(guò)水模擬過(guò)程計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的研究，探討了鑄造工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)中水模擬技術(shù)的意義，以及水模擬技術(shù)與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的相互關(guān)系。通過(guò)水模擬技術(shù)基本概念及相似理論的闡述，對(duì)相似準(zhǔn)則的分析及無(wú)量綱參數(shù)的推導(dǎo)，確定了模型比例尺及常用物理量的比例尺轉(zhuǎn)換關(guān)系，分析了示蹤粒子的尺寸和種類對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)及隨動(dòng)性的影響。 在鋁液充型過(guò)程水模擬計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的研究中，研究開(kāi)發(fā)了適用于重力

2、鑄造和低壓鑄造工藝優(yōu)化的水模擬試驗(yàn)臺(tái)，制作了典型鑄造工藝結(jié)構(gòu)有機(jī)玻璃模型，并進(jìn)行了水模擬試驗(yàn)；采用DPIV技術(shù)的基本原理，通過(guò)圖像平滑、銳化、中值濾波、腐蝕、膨脹、開(kāi)閉運(yùn)算、細(xì)化，邊緣提取等分析計(jì)算，研究了水模擬過(guò)程的圖像及處理技術(shù)。開(kāi)發(fā)了一套水模擬充型過(guò)程表面速度場(chǎng)和內(nèi)部速度場(chǎng)的計(jì)算機(jī)可視化軟件，軟件包括:(1)使用了數(shù)字圖像處理技術(shù)，DPIV技術(shù)，模擬和計(jì)算充型過(guò)程中自由表面的形態(tài)及二維、三維表面速度場(chǎng)，定量地給出速度的大小和方向；

3、其中三維速度場(chǎng)的模擬是通過(guò)在MicrosoftVisualC++中啟動(dòng)MATLAB引擎來(lái)完成的，對(duì)二維速度場(chǎng)曲線進(jìn)行插值得到曲面的過(guò)程中使用了樣條插值技術(shù)。(2)使用了數(shù)字圖像處理技術(shù)，DPIV技術(shù)，模擬和計(jì)算充型過(guò)程中某一斷面的二維內(nèi)部速度場(chǎng)，定量地給出速度的大小和方向。實(shí)現(xiàn)了鋁液充型過(guò)程水模擬計(jì)算機(jī)可視化分析。 本文進(jìn)一步研究了鋁液充型和水溶液充型的相似性。設(shè)計(jì)了底注式澆注系統(tǒng)的矩形平板件有機(jī)玻璃模型，在模型內(nèi)進(jìn)行了不同粘度

4、的水溶液充型試驗(yàn)。并應(yīng)用軟件對(duì)底注式澆注系統(tǒng)的矩形平板件的模擬充型結(jié)果進(jìn)行了表面速度場(chǎng)的計(jì)算。進(jìn)行了鋁液充型和模擬介質(zhì)充型的相似性試驗(yàn)研究。在一側(cè)裝有耐高溫石英玻璃觀察窗的砂型內(nèi)進(jìn)行了ZL102鋁合金液的充型澆注試驗(yàn)。用聚丙烯酰胺調(diào)整水溶液的粘度，用不同粘度的幾種水溶液在保證初始條件和邊界條件相同的情況的分別進(jìn)行了模擬充型試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橛袡C(jī)玻璃模型。將試驗(yàn)結(jié)果與鋁合金液的澆注試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察對(duì)比分析，得到與鋁合金液充型最相似的水溶液粘

5、度。并從理論上對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。對(duì)可視化軟件的可靠性從試驗(yàn)和理論上進(jìn)行了論證。 通過(guò)對(duì)水模擬技術(shù)及基本理論的研究分析，將水模擬技術(shù)在鋁液熔煉及充型工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用；進(jìn)行了吹頭旋轉(zhuǎn)方式影響鋁液精煉效果的水模擬試驗(yàn)研究，探討了單向轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)吹頭對(duì)鋁液表面狀態(tài)的影響，分析了工藝參數(shù)對(duì)氣泡狀態(tài)及分布的影響，從而對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；通過(guò)水模擬試驗(yàn)研究了橫澆道結(jié)構(gòu)及過(guò)濾網(wǎng)對(duì)液體充型狀態(tài)的影響，分析了阻流段長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)對(duì)液體流動(dòng)狀態(tài)