铸件凝固过程温度场三维数值模拟软件开发

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1、摘要数值模拟使得铸造工作者可以使用计算机技术制作虚拟的铸件。研究基于热传输理论的熔融金属从液体转变到固体状态变化过程是铸件凝固研究的重要分支。温度场数值模拟是可预测缩孔缩松、气孔、卷砂、热裂、宏观和微观偏折等的基础研究。本研究编制了一套包含网格生成、温度场模拟和数据可视化技术的铸件凝固模拟软件。本文描述了一个快速生成均匀和非均匀直角六面体网格的“切片法”网格剖分方法。这种方法运行时对计算机硬件和软件的要求较小，嗣时能高速运行于不同的条件，如一般简单形状和任意复杂的图形。其所产生的网格是应用有限差分方法来计算铸件凝固温度场所需要的。为了生成精确对应原始

2、形状的实体图形．本文探索了一些高速搜索算法。众所周知，所有的网格生成算法都不能产生与原始图形相同的形状。为减少误差和提高速度，寻找一种较准确而快速的剖分方法是网格生成算法研究的目标之一。本文提出了一种避免奇异点的方法，其思路是先移动剖切面并在剖切后恢复其位置。本文创建了一种较为准确的计算铸件凝固温度场的方法。使用等价比热法和温度回复法，可以比较准确地模拟出二元合会在浇注后凝固和冷却过程的温度场变化。本文实现了模拟结果的真实可视化。利用先进的OpenGL图形显示技术实现了模拟结果数据的逼真表现。逼真的彩色图形能快速而真实地展示铸件凝固过程。彩色的可视化

3、界面增加了软件操作的友好和方便。为了验证模拟结果，本研究做了一个砂型铝硅合余凝固实验以作比较。经过特定点冷却曲线的比较和中心剖切面温度场的显示，本研究模拟结果从网格剖分、温度场模拟结果到界面显示令人满意。关键词：数值模拟，切片法，有限差分法，温度场，可视化AbstractNumericalsimulationenablesfoundrymentomakevirtualcastingsusingcomputertechniques．Researchonthatmetallicmeltstransfornlsfromliquidtosolidstateh

4、asedonheatnansfertheoryisallimportantdisciplineincastingsolidification．NumericalsimulationofTemperaturefieldisthebasisonpredictingsolidificationshrinkage，gasporosity,lackoffill，laps，hotcracks，macrosegregationandmicro—segregation．111isdissertationimplementsasoftwarekitthatcontai

5、nsmeshgeneration，temperaturefieldsimulationanddatavisualizationtechnologies．Afastmeshgenerationmethodwith”SliceMethod”togenerateregularandirregularveridicalhexahedronmeshesofcastingandmoldiSdeveloped．Therearefewerlimitationsofhardwareandsoftwaretooperatethissimulation．Atthesaln

6、etime．itWOrksataquickrateinmostconditions，suchasgeneralsimpleshapeandarbitraryfigure．Thiskindofmeshisneededforapplyingfinitedifferencemethodforealculatingthetemperaturefieldduringcastingsolidification．TheSearchingalgorithmswhichitcalldrawpreciseoutlineoforiginalentityfigurehave

7、beendeveloped．ItiSwellknownthatallmeshgenerationcannotprovidethesamefigureastheoriginal．SosearchingamoreaccurateandfastdivisioniStheobjeetiveofmeshgenerationresearch．Thispaperpresentedatechniquetoavoidtheoddpoint，whichmovingthedividingplanelittleandrestoringtheposition．Amorepre

8、cisemodeltocalculatecastingsolidificationtemperaturefi