铸造过程数值模拟研究现状及发展动态.docx

铸造凝固过程数值模拟发展现状
王忠1,王孟1,冯显磊1,吕茂辉1,侯华2
(,山东济宁272000;,山西太原 030051)
摘要:分别从铸造数值模拟的发展历史、数值分析方法、缩孔缩松判据等方面介绍了铸造凝固过程数值模拟的发展现状。详细介绍了几种常用的数值计算方法和铸造缺陷预测方法。
关键词:铸造,缩孔,缩松,数值模拟
Status quo of simulation in filling and feeding of casting process
WANG Zhong1, Wang MENG1, Feng Xianlei1, Lv Maohui1, Hou Hua2
(1. Bulldozer Division of Shantui Construction Machinery Co., Ltd., Jining 272000, China ; 2. Material Science and Engineering College, North University of China, Taiyuan 030051, China)
Abstract:. From the history of numerical simulation of casting, the method of numerical analysis, introduced the status quo of development on the numerical simulation of casting. In detail introduced some the methods of numerical calculation.
Keyword: Casting, Shringkage Porosity, Macroporosity, Numerical Simulation
1 前言
随着科学技术的发展,计算机数值模拟技术成为一个强有力的辅助铸造工艺设计的工具。近20年来,由于计算机模拟方法能弥补试验方法的不足,而且对于解决复杂因素的问题也比较简单,使得铸造凝固过程数值模拟受到了广泛的重视。迄今为止,有关铸件凝固温度场和铸件充型过程的数值模拟技术发展已比较成熟,并已经在生产过程中得到广泛应用[1]。
2 铸造过程数值模拟研究发展历史
铸造过程数值模拟技术是本学科发展的前沿之一,包含铸件充型过程、凝固过程、缩松缩孔预测、应力场、热裂、微观组织模拟及软件开发等研究内容。铸造过程中流场、温度场计算主要是对铸件中可能产生的缩孔缩松、卷气、浇不足等宏观缺陷进行预测,优化工艺设计,控制铸件内部质量。随着计算机技术和数值模拟技术的长期进展,过去十多年来有关模拟方面的工作主要集中于宏观尺度的模拟,已形成商业化软件,进入工程化应用。
铸件凝固过程是一个伴随温度变化的传热过程。铸件温度场的变化决定着铸件的缩孔缩松缺陷,其计算是铸件凝固过程数值模拟的核心部分。铸件凝固过程的数值模拟是一个多学科交叉的研究领域,它涉及到计算材料学、传热学、计算机图形学、数值计算方法、偏微分方程的数学理论和铸造工艺理论等。
1962年丹麦学者Forsund第一次采用计算机及有限差分法进行了铸件凝固过程的传热计算[2],此