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关于铸件冷却与数值模拟的研究

窦晓峰  
【摘要】:铸造业是个产品质量不易保证的行业,废品率很高。铸造生产中出现的各种现象严重影响了产品性能(比如机械性能与物理性能等)和质量。提高铸件质量,降低制造成本,缩短试制时间,一直是国内外技术人员追求的共同目标。凝固与铸造过程的数值模拟为铸造工艺的计算机辅助设计提供了基础,为解决这些问题提供了可能。它涉及到铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多种学科的交叉知识,是一门综合性的复杂的学科。 本文重点研究铸件冷却数值模拟的方法和技术及其在实际模拟过程中的应用。目标是分析比较各种算法的性能优劣,采用合适的算法对铸件冷却过程进行模拟,要求得到较好的符合实际的模拟效果,而且人机交互简单、界面清晰明了。 本课题主要从以下五个方面对当前铸件冷却数值模拟算法进行了深入研究,分别是:(1)分析讨论数学模型的建立,并推导出有限差分导热方程,编程实现了铸件冷却的快速模拟动态算法。(2)分析了各种潜热处理的优缺点,采纳并实现了温度回复算法。(3)讨论了各种缩孔缩松的预测算法,对其中的G/(V_c)~(1/2)法进行了优化,并将其应用到铸件冷却数值模拟过程中。(4)分析了宏观偏析的处理方法,实现了浓化时间算法。(5)研究分析了铸件冷却过程中出现热裂的预测方法。(6)最后,采用可视化技术编写程序对铸件冷却过程作了模拟,模拟过程具有运行速度较快,结果较为准确,过程动态化,操作简便实用,界面清晰明快等特点。


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