擠壓鑄造凝固過程的數值模擬技術研究.pdf

1、隨著鑄造CAE模擬技術的快速發(fā)展，各種鑄造凝固過程數值模擬軟件已經在大型企業(yè)普遍應用，新產品基本都要進行數值模擬，以便于降低鑄件試制周期和費用、減少鑄件缺陷、改善鑄件質量。本文通過建立傳熱過程的數學模型，開發(fā)具有獨立計算功能的溫度場模擬計算程序，來預測鑄件產品在實際生產過程中可能出現的缺陷類型及部位，從而為優(yōu)化產品的工藝參數提供理論指導。
　　 本文在對擠壓鑄造相關理論及鑄造凝固過程計算機模擬技術深入了解的基礎上，根據數值傳熱學

2、的導熱定律，推導出了凝固過程溫度場的熱傳導微分方程。為了保證求解實際導熱問題獲得唯一解，在處理鑄件和鑄型的邊界條件時，建立了能夠表達不同計算網格單元間傳熱規(guī)律的復合導熱系數數學模型。在綜合比較各種數值計算方法的基礎上，采用顯式有限差分法在時間和空間上對所建立的熱傳導微分方程進行了離散化處理，通過選擇合理的時間步長，建立了具有定解條件的差分方程組。在潛熱處理的問題上，優(yōu)先采用了固相率在凝固結晶區(qū)間隨溫度呈線性關系變化的潛熱釋放模式。此外，

3、通過對熱焓法、溫度回升法和等價比熱法三種常見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：對于凝固結晶區(qū)間比較窄的合金，采用溫度回升法；對于凝固結晶區(qū)間比較寬的合金，采用等價比熱法。根據能量守恒定律，利用相應的潛熱處理方法對每個計算網格單元的溫度值進行修正，提高了凝固過程溫度場模擬計算結果的準確性。
　　 在程序設計方面，本文采用面向對象的編程方法，利用Microsoft VC++6.0作為開發(fā)平臺，充分發(fā)揮C++類的封

4、裝性、數據隱藏、繼承性和多態(tài)性的特點，獨立開發(fā)出了一個封裝溫度場計算功能的動態(tài)鏈接庫。通過共享課題組前處理部分開發(fā)的STL文件接口程序和網格剖分模塊，本文添加了設置鑄件和鑄型尺寸及熱物理參數的對話框界面，用于凝固模擬的各種計算條件的設置界面，以及凝固模擬計算結果顯示模塊等內容，并與課題組開發(fā)的主程序擴展鏈接，最終實現了整個凝固溫度場數值模擬過程。
　　 為了檢驗所開發(fā)的凝固溫度場計算模塊的實用性，本文對兩個典型的鋁合金鑄件產品在