鋁液充型過程水模擬及計算機可視化技術.pdf

1、本文系統(tǒng)地分析了鋁液充型過程的流動行為及鋁液充型過程的模擬技術，通過水模擬過程計算機可視化技術的研究，探討了鑄造工藝優(yōu)化設計中水模擬技術的意義，以及水模擬技術與計算機數(shù)值模擬技術的相互關系。通過水模擬技術基本概念及相似理論的闡述，對相似準則的分析及無量綱參數(shù)的推導，確定了模型比例尺及常用物理量的比例尺轉換關系，分析了示蹤粒子的尺寸和種類對介質運動及隨動性的影響。 在鋁液充型過程水模擬計算機可視化技術的研究中，研究開發(fā)了適用于重力

2、鑄造和低壓鑄造工藝優(yōu)化的水模擬試驗臺，制作了典型鑄造工藝結構有機玻璃模型，并進行了水模擬試驗；采用DPIV技術的基本原理，通過圖像平滑、銳化、中值濾波、腐蝕、膨脹、開閉運算、細化，邊緣提取等分析計算，研究了水模擬過程的圖像及處理技術。開發(fā)了一套水模擬充型過程表面速度場和內部速度場的計算機可視化軟件，軟件包括:(1)使用了數(shù)字圖像處理技術，DPIV技術，模擬和計算充型過程中自由表面的形態(tài)及二維、三維表面速度場，定量地給出速度的大小和方向；

3、其中三維速度場的模擬是通過在MicrosoftVisualC++中啟動MATLAB引擎來完成的，對二維速度場曲線進行插值得到曲面的過程中使用了樣條插值技術。(2)使用了數(shù)字圖像處理技術，DPIV技術，模擬和計算充型過程中某一斷面的二維內部速度場，定量地給出速度的大小和方向。實現(xiàn)了鋁液充型過程水模擬計算機可視化分析。 本文進一步研究了鋁液充型和水溶液充型的相似性。設計了底注式澆注系統(tǒng)的矩形平板件有機玻璃模型，在模型內進行了不同粘度

4、的水溶液充型試驗。并應用軟件對底注式澆注系統(tǒng)的矩形平板件的模擬充型結果進行了表面速度場的計算。進行了鋁液充型和模擬介質充型的相似性試驗研究。在一側裝有耐高溫石英玻璃觀察窗的砂型內進行了ZL102鋁合金液的充型澆注試驗。用聚丙烯酰胺調整水溶液的粘度，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行了模擬充型試驗，試驗模型為有機玻璃模型。將試驗結果與鋁合金液的澆注試驗結果進行觀察對比分析，得到與鋁合金液充型最相似的水溶液粘

5、度。并從理論上對試驗結果進行了分析。對可視化軟件的可靠性從試驗和理論上進行了論證。 通過對水模擬技術及基本理論的研究分析，將水模擬技術在鋁液熔煉及充型工藝優(yōu)化設計中進行應用；進行了吹頭旋轉方式影響鋁液精煉效果的水模擬試驗研究，探討了單向轉、正反轉吹頭對鋁液表面狀態(tài)的影響，分析了工藝參數(shù)對氣泡狀態(tài)及分布的影響，從而對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化；通過水模擬試驗研究了橫澆道結構及過濾網(wǎng)對液體充型狀態(tài)的影響，分析了阻流段長度及結構對液體流動狀態(tài)