模拟部分期末小论文-上海大学.PDFVIP

2007-2008 学年秋季学期(2007 年 10 月) 《计算机在材料科学中的应用 D》(模拟部分)期末小论文 姓 名 范圣康 学 号 成 绩 1．前言(10 分) 现在计算机得到了越来越多的广泛应用。在热加工生产领域，计算机技术的应 用也日趋广泛，如铸造、焊接的计算机辅助分析、计算机检测与控制、信息处理 系统、工艺工装设计的计算机应用等等。在这些方面引入计算机技术大大提高了 生产效率和产品质量、增强了在市场中的竞争能力。 在计算机模拟方面，通过计算机可以优化铸造工艺、加快设计进程、计算效率 高、提高质量和竞争力。当工作者设计好铸造模型后，就可以分析各方面的数据， 比如浇注过程、浇注时间、铸件中空气的流动情况、凝固时间等。在计算机模拟 上我们可以清楚地了解到铸件浇注时的各个方面，省去了以前那些繁琐的步骤， 提高了效率，还可以知道浇注过程中的缺陷以及不足之处，并加以修改。与传统 的铸造工艺相比，计算机计算准确快速消除误差并从中找出最佳方案。这就是计 算机模拟的优势所在。 目前计算机在模拟铸造过程中的应用主要集中在以下4 个方面。 (1) 充型凝固模拟。已经研究许多算法,如并行算法、三维有限元法等,主要以砂型 铸造的充型模拟为主,其发展趋势是辅助设计浇注系统。 (2) 缩孔缩松预测。钢铸件的缩松判据可采用 G/ R1/ 2 ,是将其由二维扩展到三维进 行缩松形成的模拟,对于同时存在多个补缩通道的铸件,则采用多热节法进行缩 孔、缩松的预测。 (3) 凝固过程应力模拟。主要针对铸件残余应力和残余变形进行模拟,而液固共存时 应力场数值模拟是应力场数值模拟的核心,许多铸造缺陷如缩松、缩孔、热裂等 都发生在此阶段。 (4) 凝固过程微观组织模拟。离实际的铸件凝固组织模拟还有一定距离。 2 ．解析模型(STL)的建立过程(20 分) STL 文件的建立首先通过 CAD 来实现，在 CAD 中画出所需要的三维铸件图， 然后根据所画的三维铸件图设计其浇口，冒口，浇道系统的各项数值。画完之后， 确定其都位于三个坐标轴的正向，并让建好的铸件旋转，从不同角度确认是否有 缺陷，确认后保存为 STL 文件即可，确认 STL 文件可以被 CAD 打开时，方可提 供计算机模拟实验。 1 此图是一个自来水管，由一个浇道，主体组成。首先，现在二维图中定好原 点，将底面画好，然后在 Z 方向根据不同的高度将其拉成实体。图形完成之后， 制作浇道系统和冒口，考虑到铸件不是很复杂，采取单浇道。如上图所示；通过 并集命令对于铸件进行一体化处理，处理完成后的图如所示；最后将图形保存， 将扩展名改成 STL，在建模的过程中必须保证图形的封闭。 3 ．金属液充型过程的模拟与结果分析(30 分) 2 实验过程中设置的各种参数和选择的浇注材料的物性值，浇口方向为+Z 轴，重力 方向为 Z 方向 -980 。并考虑初期温度。 3 选择浇注时间为 20 秒，以及合适的热阻抗值。 图 3-1 图 3-2 图 3-3 图 3-4 图 3-5 图 3-6 以上是此铸件的浇注过程； （1）从图3-2 以及3-3 中可以看出，初期，金属液刚进入型腔中，运动比较激烈， 使得在浇注的初期容易出现铸液飞溅和铸液湍流的充填效果。这种情况可以 由缩短浇道的长度或采用底浇的方式来加以缓解。 4 造成的缺陷： 1.由于铸液的飞溅个湍流使得容易形成二次氧化物夹杂； 2.铸液表面存在氧化膜，与空气接触的一面并非一定为致密的，飞溅和湍流可 能使得表面的氧化无被卷入到铸液中去，从而使得氧化膜中的水汽和夹杂 进入到铸液当中去，