凝固過程數(shù)值模擬

鑄件凝固過程數(shù)值模擬主講人：賀騰博小組成員：黃萍、徐曉歡、賀騰博、韓麗梅、劉靚鑄件凝固過程圖1：斧錘型鑄件圖2：新山英鋪的模擬結(jié)果鑄件凝固過程數(shù)值模擬的任務(wù)

數(shù)學(xué)模型

數(shù)值求解

凝固規(guī)律

缺陷位置鑄件凝固過程數(shù)值模擬流程圖鑄件的凝固過程基本上可以認(rèn)為是一個(gè)不穩(wěn)定的

導(dǎo)熱過程導(dǎo)熱分析的研究歸結(jié)為研究：溫度隨空間、時(shí)間的變化，在直角坐標(biāo)系中，也就是求解方程:

T=f（x,y,z,t）

上述方程稱為溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述。溫度場(chǎng)T=f(x,y,z,t)等溫面與等溫線tt-Δtt+Δt等溫線疏密程度的物理意義溫度梯度熱流密度矢量t+Δttt-Δtgradt溫度場(chǎng)溫

度

場(chǎng)

溫度場(chǎng)模擬是預(yù)測(cè)縮孔縮松形成，微觀組織形成以及熱烈變形等的基礎(chǔ)；溫度場(chǎng)計(jì)算的正確性取決于初始條件，邊界條件，熱物性參數(shù)，合理的潛熱處理等方法。控制方程凝固導(dǎo)熱過程中，溫度、時(shí)間和空間的關(guān)系可用傅里葉導(dǎo)熱方程描述即：左邊第二項(xiàng)是枝晶間液體流動(dòng)的熱對(duì)流，由于潛熱釋放、兩相區(qū)溫度梯度及液相率比較小，可忽略不計(jì)，式可修改為:初始條件：

沖型完畢時(shí)金屬液和型腔的溫度場(chǎng)即是凝固開始的溫度場(chǎng)邊界條件：

邊界條件是指鑄件——鑄型交界面或不同種類造型材料之間的交接面。界面熱流率為：

如果界面換熱系數(shù)為h,則界面兩側(cè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的等效換熱系數(shù)為：鑄件凝固模擬計(jì)算區(qū)域優(yōu)化分區(qū)計(jì)算的基本思想源于壓鑄過程的數(shù)值模擬研究中Barone和Caulk提出的“瞬態(tài)層”的概念

分區(qū)計(jì)算的作用就是可以大大提高凝固模擬的計(jì)算效率壓鑄模具瞬態(tài)層示意圖分區(qū)域計(jì)算的實(shí)現(xiàn)分區(qū)計(jì)算的核心內(nèi)容：

是實(shí)現(xiàn)不同的區(qū)域采用不同的網(wǎng)格尺寸和不同的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算。必須解決問題：（1）鑄型瞬態(tài)區(qū)域厚度的計(jì)算（2）非均勻網(wǎng)格（3）內(nèi)部計(jì)算區(qū)域的標(biāo)識(shí)（4）不同區(qū)域采用不同時(shí)間步長(zhǎng)鑄件縮孔和縮松的形成原因

1、鑄件結(jié)構(gòu)方面的原因

2、熔煉方面的原因3、工藝設(shè)計(jì)的原因縮孔的預(yù)測(cè)縮孔預(yù)測(cè)中主要是預(yù)測(cè)出縮孔的形狀、位置大小以及所在的位置要解決的主要問題：

1.如何計(jì)算收縮量？2.如何進(jìn)行補(bǔ)縮通道的判斷？3.哪些單元可以進(jìn)行補(bǔ)縮？

多熱節(jié)判斷多熱節(jié)的判斷就是判斷出補(bǔ)縮通道的情況，從而確定出熱節(jié)的收縮量和縮孔位置收縮量的計(jì)算

每個(gè)孤立熱節(jié)內(nèi)所有單元在第m時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的體積收縮量的計(jì)算如下：補(bǔ)縮單元當(dāng)單元的固相率高于一個(gè)臨界值fsc時(shí)，就不再具有流動(dòng)能力，因此也就不再具有補(bǔ)縮能力補(bǔ)縮單元(a)未考慮孤立熔池?zé)峁?jié)（b）考慮孤立熱節(jié)溫度場(chǎng)模擬軟件CAE模擬的主要步驟：

（1）工藝三維建型（2）新建工程（3）前處理網(wǎng)格劃分（4）參數(shù)設(shè)定與技術(shù)分析

（5）后處理數(shù)據(jù)可視化后處理數(shù)據(jù)可