有限元法铸造凝固过程数值模拟关键技术研究.pdf

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1、Feb．2017VOI．66N0．2蓁篙帅煮有限元法铸造凝固过程数值模拟关键技术研究杨曼云1一。迟毅林1(1．昆明理工大学，云南昆明650504；2．云南机电职业技术学院，云南昆明650203)摘要：对铸造过程数值模拟关键技术进行了研究并进行sIMu—cAsT铸造凝固过程模拟软件研发，软件能基于有限单元法进行凝固过程温度场、缩孔缩松等铸造缺陷的数值模拟。模拟过程充分考虑材料和边界条件等模拟参数的非线性特征，并考虑结晶潜热的处理。最后，对所开发软件计算的铸件凝同过程情况和国外ProcAsT商用铸造有限元分析软件计算结果及趋势进行对比，并结合实验结果进行分析。软件计算结果准确性

2、及计算精度较高，铸件缩孔缩松预测结果基本准确，分析计算结果能满足T程实际应用，并在工厂实际浇铸生产应用中取得了良好效果。关键词：铸造技术；数值模拟；有限元法中图分类号：TG250．6文献标识码：A文章编号：1001—4977(2017)02—0155—06TheReSearChOfNumeriCalSimuIatiOnTeChnOIOgyOfCastingSOI_dificaIiOnBasedOnFEMYANGMan—yunl一，CHIYi一1inl(1．KunmingUniVersityofScienceandTechnology，Kunming650504，Yunnan

3、，China；2．Yu皿anVocationalC011egeofMechanical&E1ectricalTechn0109y，Kunming650203，Yunnan，China)Abst阮ct：Westudiedthetechnologvofnumericalsimulationofcasting’developedtheSIMU—CASTnumericalsimulationsoRwareofsolidificationprocessofcasting．ThesoRwarehasthe向nctionofnumericalsimulationofsolidificat

4、ionprocessandshrinkageanddisDersedshrinkageofcastingbasedonFEMmethod．Thematerial，boundaryconditionandcrystallizationlatentheatwerecountedduringsimulation．WecomparedtheresultsofsimulationofSIMU．CAST，ProCASTandexperiment．TheaccuracVandprecisionofresultscoincidedwitheachOther．ThesimulatiOnres

5、ultscanguideproductionandraiseproductivityofcasting．Keywords：castingtechnolo斛：numericalsimulation：FEM铸造过程数值模拟技术正逐渐成为铸造工艺设计和优化的主要手段。因此，开发及应用先进铸造过程数值模拟有限元分析软件，进行铸造过程的计算机仿真研究，能够为优化铸件结构设计和优化铸造过程工艺参数提供科学的依据，对提高铸件产品的质量，增加企业经济效益和增强企业市场竞争能力都将发挥极大的作用。在实际生产过程中，铸件的质量在很大方面取决于铸件充型及其相应的凝固过程。铸造过程计算机模拟包括了

6、充型过程模拟和凝固过程的模拟等过程。因此，我们选用有限元程序自动生成系统FEPG平台及VisualFonran作为开发工具，开发出模拟铸件凝固过程中温度场变化(考虑热传导、对流、辐射、相变潜热)、同相率场和进行铸件缺陷预测的有限元数值仿真软件。1数学模型及数值模拟关键技术铸件充型及凝固过程的数值模拟是一个多学科交叉的研究领域，它涉及到计算流体力学、传热学、计算机图形学、计算方法、偏微分方程的数学理论和铸造工艺理论等。1．1铸造凝固过程数学模型金属液在凝固过程中包括热传导、热对流和热辐射等传热现象。金属液通过浇注系统注入铸型中后，其内部的热量通过热传导达到铸件表面，接着通过热

7、辐射和热传导传递给铸型，再通过热传导达到铸型的外表面，最后通过热辐射和对流散失到环境中，同时铸型内的液态金属温度不断下降，且不均匀，这种不均匀造成了铸型型腔中的液态金属的热对流。铸造凝固过程瞬态温度场的数值模拟就是求解Fourier导热微分方程，数学模型见式(1)。阳署=击【A警J+熹∽筹)+杀∽警)+Q(1)式中：p、A、c。分别为材料的密度、导热系数和比热容，p为内热源。求解Fourier导热微分方程的定解条件还包括初始条件和边界条件。其中，初始条件为：丁(戈，y，o，圳旷％(2)基金项目：云南省科技计划项日“