基于ANSYS铸件充型与凝固数值模拟的研究
基于ANSYS的铸件充型凝固过程数值模拟的开题报告
基于ANSYS的铸件充型凝固过程数值模拟的开题报告1. 研究背景铸造是一种重要的制造工艺，广泛应用于工业生产中。
铸造的过程中，充型凝固是其中最基本的环节之一，其质量直接影响着铸件的成型和性能。
传统的充型凝固过程试验需要大量人力、物力和财力投入，成本较高，同时也难以控制实验条件，因此利用数值模拟方法对铸造过程进行分析与预测就显得格外重要。
ANSYS是一种应用广泛的数值分析软件，它可以应用于多个领域的工程仿真，包括铸造领域。
基于ANSYS的铸造充型凝固过程数值模拟可以较为精确地模拟铸造工艺，对铸件质量控制有着重要的作用。
因此，本文拟研究基于ANSYS的铸造充型凝固过程数值模拟方法。
2. 研究内容本文主要研究基于ANSYS的铸造充型凝固过程数值模拟方法。
研究的具体内容包括：（1）建立充型凝固数值模型：通过ANSYS建立铸造模型，并在模型中考虑充型、凝固和冷却等因素，确定模型的边界条件。
（2）数值模拟求解：利用ANSYS的求解功能，对模型进行数值模拟，获得充型凝固过程的温度和流动场分布等参数。
（3）结果分析：对数值模拟结果进行分析，评估充型凝固过程的质量，提出改进方案并进行优化。
3. 预期成果本研究的预期成果主要包括：（1）建立基于ANSYS的铸造充型凝固数值模型，实现对铸造过程的数值模拟。
（2）通过数值模拟获得铸造过程中的温度和流动场分布等参数，并对其进行分析。
（3）评估充型凝固过程的质量，提出改进方案并进行优化。
4. 研究意义本研究的意义主要体现在以下几个方面：（1）通过数值模拟方法获得铸造过程中的温度和流动场等参数，可以更准确地评估充型凝固过程的质量。
（2）实现基于ANSYS的铸造充型凝固数值模拟，可以在一定程度上避免传统充型凝固实验的高成本和实验条件不易控制的问题。
（3）本研究的方法可以为铸造行业提供参考，为铸造过程的质量控制提供技术支持。
5. 研究进程安排本研究的进程安排如下：（1）前期准备阶段：熟悉铸造充型凝固过程数值模拟理论，了解ANSYS软件的使用方法，确定研究方向。
数值模拟在铸造充型及凝固过程的应用进展
数值模拟在铸造充型及凝固过程的应用进展摘要：综述了铸造过程中数值计算的基本理论，简要介绍了铸造充型及凝固当前国内外发展状况以及所存在的问题，并对铸造过程数值模拟的相关软件进行评述。
最后指出合理地利用铸造模拟软件，能够优化铸件的微观组织，提高产品质量，降低产品成本，缩短产品设计和试制周期。
关键词：铸造；充型过程；数值模拟；模拟软件The Application of Numerical Simulation in Mold Fillingand Solidification ProcessAbstract：The basic theory of numerical calculations is summarized, and a brief introduction of the developing situation and existing problems of the casting mold filling and solidification process at home and abroad，reviewed the numerical simulation software of casting process. In the end, it also clearly shows that it can optimize the casting microstructure, improve the quality, decrease the cost and reduce the design and trial cycle for the products by using the numerical simulation software properly.Key words: Casting; Filling and Solidification process; Numerical Simulation; Simulation Software1 前言铸造过程就是将高温的液态金属浇注到封闭的型腔中，通过充型和凝固过程最终获得所需形状铸件的热成形过程。
凝固模拟技术在铸钢件上的应用研究
凝固模拟技术在铸钢件上的应用研究发布时间：2022-09-27T08:20:12.989Z 来源：《工程建设标准化》2022年第37卷第5月第10期作者：仲涛陈军利[导读] 将现成的软件FT-STAR应用于某电机厂仲涛陈军利中车大连机车车辆有限公司铸锻分公司摘要：将现成的软件FT-STAR应用于某电机厂，对铸钢件的凝固过程和铸模填充的数值模拟，有助于工厂预测大型铸钢件的气孔缺陷和缩松，为工厂优化铸钢提供技术支持，但在应用中发现一些软件缺陷，为促进铸件充型凝固技术的持续发展，本文分析了凝固模拟技术在铸钢件上的应用分析。
关键词：凝固模拟技术；铸钢件；应用研究迄今为止，新铸件的质量已通过试铸得到充分验证，大型铸钢多为小批量生产，与普通铸钢一样反复调整工艺，浪费非常严重。
利用凝固数值模拟技术，找出缺陷形成的区域，对大型铸钢件的铸造过程进行分析，，缩短产品的试制周期，优化工艺设计，降低制造成本。
某铸造分公司产品多为汽轮机、水轮机、发电机等电力设备的铸件，一般为大型铸钢件，产量小。
以前，流程设计主要是经验性的，如果设计不合理，就会产生浪费，或者全部报废或耗费大量人力物力修复，造成严重浪费。
在实际生产中伴随铸件分析软件的发展，及其逐步应用，科学技术为古老的铸造业带来了生机。
本文根据工厂实际情况，使用模拟分析软件FT-STAR对典型铸件的原有工艺进行优化，制定新产品的最优工艺方案，为工厂带来经济效益的开展。
一、凝固模拟的意义决定产品质量的主要环节是金属凝固和铸造过程，一直受到工程技术师的深入研究和密切关注，以及材料工程领域和金属材料的科学发展。
但由于影响因素多，过程复杂，迄今为止对其客观规律尚未达成广泛统一的认识，对许多现象和机制存在不同的看法。
近年来，计算机数值模拟技术迅速发展并得到广泛应用，在许多工程领域取得了经济效果和显着的技术。
在铸造领域和金属的凝固也越来越显示出巨大的优势，其他研究和测试方法预测和预防各种缺陷，揭示凝固过程的规律，提高产品质量和节省资金，优化铸造工艺、生产成本。
基于ANSYS的铝合金铸件凝固过程温度场的数值模拟
中图分 类 号 ： Ｇ ４ ２ １ 文献标 识码 ： 文章 编号 ： ０ ６ ９ ５ （ ０ ８） ４ ４ Ｔ １ ６． ： Ａ； １ ０— ６ ８２０ ０—
固 过程 的温 度场 分 布进行 了数值模 拟 。 １ 计 算 温度 场 的数 理模 型 实 验 所 用 材 料 为 Ａ 一 ％Ｃ ｌ４ ｕ合 金 ，由高 纯 度 Ａ ｌ （ ９９ ％ ） 电 解 Ｃ （ ９９ ％ ） 电 阻 炉 中 的石 墨 坩 ９ ．９ 和 ｕ ９． ９ 在 埚里 熔炼 。采用 砂 型铸 造 。合 金 熔 体 的浇 注 温度 为 ９ ０Ｃ， 温 为 ２ ℃。 为使 铸件 在 长 度方 向上 快 速凝 ０￣ 室 ５ 固 ， 铸 件 的末 端 放置 一冷 铁 。 在
铸造 凝 固过 程数 值 模拟 技术 是 学科 发 展 的前 沿 领域 ， 括宏 观模 拟 （ ｃｏ Ｍｏ ｅ ｉｇ 和 微 观 模 拟 包 Ｍａｒ— ｄ ｌｎ ） ｌ （ ｃｏ Ｍｏ ｅｌ ｇ 。其 中 以研 究铸 件凝 固过 程 中温 Ｍｉ — ｄ ｌｎ ） ｒ ｉ 度场 变化 规律 为基础 内容 的数值 模 拟 ，被许 多学 者 称 之 为铸 件凝 固过程 的宏 观 模拟 。它是 指从 传 热 学 角度 模拟 金属 从 液态 转 变为 固态 的过程 ，在存 在 相
维普资讯
基于 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ的铝合 金 铸 件 凝 固过 程温 度 场 的数 值 模 拟
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉｌ ｅＳ ｌ ｉ ｃ ｔｏ ｏ ｅ ｓ ｍ ｒｃ ｌ ｍ ｌ ｔｏ ｆ Ｓ Ｔｅ ｅ ａ ｕ ｅＦ ｅ ｄ ｉ ｔ ｏ ｉ ｆ ａ ｉ ｎＰｒ ｃ ｓ ｎ ｈ ｄｉ ｏ ｌ ｙ Ｃａ ｔ ｓ ｄ ＯｎＡＮＳ ｆ Ａｌ ｓ ｅ Ａｌ ｏ Ｂａ ＹＳ
铸件凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟研究分析.
铸件凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟研究分析1 铸件凝固过程数值模拟的意义及概况自1962年丹麦Fround第1个采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，计算机在铸造工艺研究中得到了广泛的应用，如凝固过程温度场、热应力场的数值模拟，充型过程流速场的数值模拟；组织形态及力学性能的数值模拟等。
通过这些单1或复合过程的数值模拟，可以分析铸件中存在的各种缺陷的产生原因，进而采取相应工艺措施来消除缺陷，实现工艺优化，同时可以节省大量的人力、物力和财力，缩短产品从设计到应用的周期，增强产品的市场竞争能力。
如今，在芬兰，90%以上的铸造厂在日常中应用铸造模拟软件辅助铸造工艺设计；世界上一些大型的汽车公司的铸造厂，如美国的通用、福特，德国的奔驰等，都把数值模拟软件作为1种日常工具来使用。
近10年来，涌现出了许多优秀的铸造过程数值模拟软件，如美国的ProCast、德国的MAGMASoft、芬兰的CastCAE、西班牙的ForCast、日本的CASTEM、法国的SIMULOR软件等。
从功能上看，许多软件可以对砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造等多种工艺进行温度场、流场、应力场的数值模拟，可以预测铸件的缩孔、缩松、裂纹等缺陷和铸件各部位的组织。
国内在经历了10多年的基础研究和发展后，也出现了一些技术水平接近国外商品化的应用软件，可以进行铸钢、铸铁件砂型铸造时的三维温度场模拟及收缩缺陷的预测，以及对铸钢、铝合金件的热应力场进行模拟。
总的来说，国外软件的通用性强，能进行铸造全过程的数值模拟，并具有较强的后置处理功能及友好的用户界面。
建模方便，易于模型设计和修改，便于用户掌握和使用。
其计算精度与运算速度等方面也能满足需要。
正因为如此，国外模拟软件已经成为实际生产中的有力工具.国内不少用户趋向于采用大型通用工程软件如：COSMOS、ANSYS、ADINA等进行模拟计算。
2 数值模拟的基础性研究2.1 铸件凝固过程温度场数值模拟经过几十年的发展，铸件凝固过程温度场数值模拟技术已日臻成熟。
铸件凝固过程数值模拟的新进展
在处理奥氏体生长过程时
,Fras[ 4 ]等人采用了不
同于
Goettsch和
Dantzig的作法
,Fras等人认为奥氏
体枝晶的生长贯穿整个凝固过程
,并分别采用
:
xE = 1 -exp (-xe) (5)
xD = 1 -exp (-xd)= 1 -exp (-fix) (6)
μeΔTe
将共晶团内片层间距与晶粒半径相联系的模拟研究。
式
(9)中
,ε是共晶团的片层系数
;ΔTe是共晶生长的
—35 —
. 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
以模拟铸件凝固过程中温度场变化规律为基础
内容的数值模拟
,如今已被许多学者称之为铸件凝固
过程的宏观模拟
(Macro2Modelling) [1～4]。铸件凝固
过程的宏观模拟经
30多年的不断发展
,目前已是成
熟技术
,它可以预测与铸件温度场直接相关的铸件的
宏观缺陷
,如
,有学者
[7、8 ]提出
:球墨铸铁凝固
的传统理论可能是不正确的。
在铸件凝固过程微观模拟的早期研究中
,研究者
们皆采用了完全形成共晶组织的合金或完全形成枝
晶组织的合金
,并且都是针对形状简单的小试样
(Biot数
< 0. 1)进行模拟研究的。显然
,这与实际铸
件的情况有很大差异
Rappaz对定向凝固的灰
铸造凝固过程数值模拟
铸造凝固过程数值模拟时间:2007-4-11 9:03:441.1 概述在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。
凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。
凝固过程数值模拟可以实现下述目的：1）预知凝固时间以便预测生产率。
2）预知开箱时间。
3）预测缩孔和缩松。
4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。
5）控制凝固条件。
6）为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。
铸件凝固过程数值模拟开始于60年代，丹麦FORSU ND把有限差分法第一次用于铸件凝固过程的传热计算。
之后美国HEN ZEL和KE UERIAN应用瞬态传热通用程序对汽轮机内缸体铸件进行数值计算，得出了温度场，计算结果与实测结果相当接近。
这些尝试的成功，使研究者认识到用计算数值模拟技术研究铸件的凝固过程具有巨大的潜力和广阔的前景。
于是世界上许多国家都相继开展了铸件凝固过程数据模拟以及与之相关的研究工作。
1.2 数学模型的建立和程序设计液态金属浇入铸型，它在型腔内的冷却凝固过程是一个通过铸型向环境散热的过程。
在这个过程中，铸件和铸型内部温度分布要随时间变化。
从传热方式看，这一散热过程是按导热、对流及辐射三种方式综合进行的。
显然，对流和辐射的热流主要发生在边界上。
当液态金属充满型腔后，如果不考虑铸件凝固过程中液态金属中发生的对流现象，铸件凝固过程基本上看成是一个不稳定导热过程。
因此铸件凝固过程的数学模型正是根据不稳定导热偏微分方程建立的。
但还必须考虑铸件凝固过程中的潜热释放。
基于分析和计算模型开发相应的程序，即可实现铸造凝固过程温度场的计算。
铸件充型凝固过程数值模拟实验报告
哈尔滨工业大学《材料加工过程数值模拟基础》实验课程铸件充型凝固过程数值模拟实验报告姓名：学号：班级：材料科学与工程学院铸件充型凝固过程数值模拟实验报告实验一：铸件凝固过程数值模拟一、实验目的1．学习有限差分法温度场模拟的数学模型和基本思路；2．掌握用AnyCasting 铸造模拟软件进行温度场模拟的方法。
二、实验原理1．有限差分法温度场模拟的基本思路：设计铸造工艺方案→根据定解条件求解能量方程→揭示凝固行为细节→预测凝固缺陷→改进工艺方案，返回第二步循环。
2．有限差分法温度场模拟的数学模型：222222T T T T L C t x y z t三、铸件凝固模拟过程及参数设置1．凝固模拟过程铸件、浇冒口等三维实体造型（输出STL 文件）→网格剖分、纯凝固过程参数设置等前处理→凝固温度场和收缩缺陷计算模拟数据→后处理得到动态的液相凝固、铸件色温图和缩孔缺陷等文件。
2．参数设置铸件材质：AC1B铸型材质：SM20C初始条件：上下模500℃，侧模400℃，升液管700℃。
边界条件：所有界面与空气间的界面传热系数都为10W/(m 2∙K)，熔融金属液与模具之间的界面传热系数为4000 W/(m 2∙K)，各部分模具间和模具与升液管间界面传热系数都为5000 W/(m 2∙K)。
四、模拟结果图1 冷却时间由于模拟中设置了水冷和空冷条件，所以铸件冷却速度较快。
由图1可知凝固首先发生在铸件表面，铸件的轮辋区厚度较薄，冷却速度比轮辐处冷却快。
内浇口先于轮辐凝固，在内浇口凝固后升液管内铝合金熔液无法对轮毂进行补缩，则在轮毂中最后凝固处容易产生缩松缩孔。
图2 冷却率由冷却率分布情况可知凝固过程中各部分冷却速率不同，可以判断出凝固时内应力较大的区域，在应力较大区域铸件容易产生裂纹缺陷。
由模拟结果中铸件的温度场情况，合理设置工艺参数减少缩松缩孔及裂纹的产生，合理布置冷却水管的分布位置。
实验二：铸件充型过程数值模拟一、实验目的1．学习有限差分法流动场模拟的数学模型和基本思路；2．掌握用AnyCasting 铸造模拟软件进行流动场模拟的方法。
基于ANSYS的减震筒铸件压铸充型过程的数值模拟
【 摘要 】 用有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ 应 Ｎ Ｙ 对减震筒铸件充型过程进行数值模拟 ， 得到速度场 、 温度场
的分 布和 变化 规律 ， 为预 测和 防止 冷 隔等压铸 缺 陷 、 降低废 品 率提 供 了重要 依 据 ． 且所 得 并 温度 场 可作 为凝 固过 程模 拟 的初始 条件 。 关键词 ：Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ ；充型过 程 ；速度场 ；温度 场 ；铸 件
Ｎｕ ｒｃ ｌ Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ ｔ ｈ ｅ Ｃａ ｔｎ ｉ ｉ ｇ Ｍ ｏ ｌ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔｏ ｏ ｔ ｅ Ｄｉ— ｓｉ ｇ Ｆ ｌ ｎ ｌ ｕｄ Ｐｒ ｃ ｓ ｆ Ｓ ｏ ｋ Ａｂ ｏ ｐ ｉ ｎ Ｃｙ ｉ ｄ ｒ Ｂａ ｉ ｇ ｏ ｏ ｅ ｓ ｏ ｈ ｃ ｓ ｒ ｔ ｌ ｅ ｓｎ ｎ ＡＮＳ ｏ ｎ ＹＳ 【 ｂｔ ｃ】Ｕ ｉ ｎ ｅ ｅ ｍ ｎ ｓｆ ａ Ｎ Ｙ ｏｎ ｍ ｒ ａｙ ｓ ｕ ｔ ｔ ｌ ｇｍ ｕ Ａ ｓ ａｔ ｓ ｇｆ ｉ ｌ ｅｔ ｏ ｗ ｒ Ａ Ｓ Ｓ ｔ ｕ ｅ ｃｌ ｉ ｌｅ ｈ ｆｌ ｏｌ ｒ ｎ ｉｔ ｅ ｔ ｅ ｉ ｌ ｍ ａ ｅｉ ｉ ｎ ｄ
铸 型 中的 流动 和充填 对 减震 筒 质 量 有很 重要 影 响 。通
流 休 的 非定 常 流 动 。其 充 型 时 问 姗 ，需 诸 数 Ｒ 大 于 ｝
ｌ Ｏ ，这种 流 动通 常 被认 为是 未 充 分发 展 的紊 流流动 。
过对减震筒充型过程的流场 、温度场 的数值模拟 ， 能 够较准确地表达 金属 液在充型过程 的流动和传 热规 律， 预测可能产生的卷气 、 冷隔等缺 陷 ， 提高成品率 ， 并为随后的凝 固过程 温度场数值模拟提供更 为准确
１ 引言
铸件充型凝固过程数值模拟
铸件充型凝固过程数值模拟2.1 概述欲获得健全的铸件，必先确定一套合理的工艺参数。
数值模拟或称数值试验的目的，就是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算，分析工艺参数对工艺实施结果的影响，便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化，以及寻求工艺问题的尽快解决办法。
铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域，包括熔融金属流动和传热数值计算，主要用于液态金属充填铸型过程；铸件铸型传热过程数值计算，主要用于铸件凝固过程；应力应变数值计算，用于铸件凝固和冷却过程；晶体形核和生长数值计算，主要用于金属铸件显微组织形成过程和铸件力学性能预测；传热传质传动量数值计算，主要用于大型铸件或凝固时间较长的铸件的凝固过程。
数值计算可预测的缺陷主要是铸件形成过程中易发生的冷隔、卷气、缩孔、缩松、裂纹、偏析、晶粒粗大等等，另外可以通过数值计算，提出合理的铸造工艺参数，包括浇注温度、铸型温度、铸件凝固时间、打箱时间、冷却条件等等。
目前，用于液态金属充填铸型过程的熔融金属流动和传热数值计算以及用于铸件凝固过程的铸件铸型传热过程数值计算已经比较成熟，逐渐为铸造厂家在实际生产中采用，下面主要介绍这两种数值试验方法。
2.2 数学模型熔融金属充型与凝固过程为高温流体于复杂几何型腔内作有阻碍和带有自由表面的流动及向铸型和空气的传热过程。
该物理过程遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，假设液态金属为常密度不可压缩的粘性流体，并忽略湍流作用，则可以采用连续、动量、体积函数和能量方程组描述这一过程。
质量守恒方程∂ u/∂ x+∂ v/∂ y+∂ w/∂ z= 0 (2-1) 动量守恒方程∂（ρ u）/∂t +u ∂（ρ u）/∂ x +v ∂（ρ u）/∂ y +w ∂（ρ u）/∂z= -∂ p/∂ x +μ(∂2u/∂ x2 +∂2v/∂y2 +∂ 2w/∂ z2)+ ρ g x (2-2a) ∂（ρ v）/∂ t +u∂（ρ v）/∂ x +v∂（ρ v）/∂ y +w∂（ρ v）/∂z= -∂ p/∂y+μ (∂2u/∂x2+∂2v/∂y2+∂ 2w/∂ z2)+ρ g y (2-2b) ∂（ρ w）/∂ t +u∂（ρ w）/∂x +v∂（ρ w）/∂ y +w∂（ρ w）/∂ z = -∂ p/∂z+μ (∂2u/∂ x2+∂2v/∂ y2+∂ 2w/∂z2)+ρ g z (2-2c)体积函数方程∂F/∂ t+∂（Fu）/∂ x+∂（Fv）/∂y +∂（Fw）/∂z= 0 (2-3)能量守恒方程∂（ρc p T）/∂t+∂（ρ c p u T）/∂x+∂（ρ c p v T）/∂ y +∂（ρ c p w T）/∂ z= ∂（λT/∂x）/∂x+∂（λT/∂ y）/∂ y +∂（λT/∂ z）/∂ z +q v(2-4)式中u,v,w —— x, y, z 方向速度分量(m/s)；ρ——金属液密度(kg/m3)；t ——时间(s)；p ——金属液体内压力(Pa)；μ——金属液分子动力粘度（Pa.s）；g x, g y, g z —— x, y, z 方向重力加速度(m/s2)；F ——体积函数，0≤F≤1；c p ——金属液比热容[J/(kg.K)]；T ——金属液温度(K)；λ——金属液热导率[W/(m.K)]；q——热源项[J/(m3.s)]。
铸造过程数值模拟综合实验说明书
铸造过程数值模拟综合实验前言一、铸造过程数值模拟的来源、内容和意义为了生产出合格的铸件，就要对影响其形成的因素进行有效的控制。
铸件的形成主要经历了充型和凝固两个阶段，宏观上主要涉及到液态金属充型流动、金属凝固和冷却收缩、高温金属冷却和收缩3种物理现象。
在充型过程中，流场、温度场和浓度场同时变化，凝固时伴随着温度场的变化的同时存在着枝晶间对流和收缩现象；收缩则导致应力场的变化。
与流动相关的主要缺陷有：浇不足、冷隔、气孔、夹渣；充型中形成的温度场分布直接关系到后续的凝固冷却过程；充型中形成的浓度场分布与后续的冷却凝固形成的偏析和组织不均匀有关。
凝固过程的温度场变化及收缩是导致缩孔缩松的主要原因，枝晶间对流和枝晶收缩是微观缩松的直接原因，热裂冷裂的形成归因于应力场的变化。
可见，客观地反映不同阶段的场的变化，并加以有效的控制，是获得合格铸件的充要条件。
传统的铸件生产因其不同于冷加工的特殊性，只能对铸件的形成过程进行粗糙的基于经验和一般理论基础上的控制，形成的控制系统——铸造工艺的局限性表现在：1）只是定性分析；2）要反复试制才能确定工艺。
铸造过程数值模拟的目的就是要对铸件形成过程各个阶段的场的变化进行数值解析以获得合理的铸件形成的控制参数，其内容主要包括温度场、流场、浓度场、应力场等的计算模拟。
二、铸造过程数值模拟原理铸造过程数值模拟技术的实质是对铸件成型系统（包括铸件—型芯—铸型等）进行几何上的有限离散，在物理模型的支持下，通过数值计算来分析铸造过程有关物理场的变化特点，并结合铸造缺陷的形成判据来预测铸件质量。
数值解法的一般步骤是：1）汇集给定问题的单值性条件，即研究对象的几何条件、物理条件、初始条件和边界条件等。
2）将物理过程所涉及的区域在空间上和时间上进行离散化处理。
3）建立内部节点（或单元）和边界节点（或单元）的数值方程。
4）选用适当的计算方法求解线性代数方程组。
5）编程计算。
其中，核心部分是数值方程的建立。
铸件充型凝固过程数值模拟研究
【 Ｓｈｅｎｙ ａｎｇ Ｒ ｅｓ ａ￣ ｈ ｎｓ ｉｕ ｅ ｆ Ｆｏｕｎｔｒ ｅ Ｉ ｔｔ ｔ ｏ ｌｖ．Ｓｅｎ ｙｍ ￣ １１００２ １ ｇ ．Ｃ ｈｌ ｎａｊ
Ａ ｂｓ ｒ ｃ ：Ｂ ａｓ ｄ ０ｎ ｈｅ ｄ ａ ａ ｆ ｏｍ ｅ ｓ ｉ ｌｔ ａｔ ｅｓ ａｎｄ ｈｅ ｅｘｐｅｒ ｅ ｔ ａ ｔ ｅ ｔ ｔ ｒ ｘｉ ｔ ｎｇ ｉｅｒ ｕｒ ｔ ｉ ｎｃｅｓ ｏｆ ｕ￣ ｓ ｎ ｕｓ ｅ ｎｄ ．ａ ｅｌ ｌ ｓ ． ｅＦ ｉ ａｇ ａ ｓｗ ｌ ａ
（ １ ｈｅ ” ｔ ｂａｓ ￣ ｏｆ ｔ ｅｌ ｉ ｈｅ ｅｃｔ ｏ 一 ￣ｈｅｍ ｉ ａｌ ｒ ｃ ｐｒ ｎｃｉ ｅ ｏｆ … ｉ ｐｌ
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工作 、
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重 础 可将铸件充型过程中流动和传热的控制方程 、 基 研
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Ｃ ｏｒ ｒｏｓ ｏ ｎ ｅｃｈａｎ ｌ ｍ ｌ ｔ ｏ — Ｃ ｈ ｅｍ ｉ ａｌ Ｅ ｒｏｓ ｏｎ ａｓ ｒｏｎ ｉ ｍ ｓ ｏｆ Ｅ ｅｃ ｒ ｃ ｉ ｏｆ ｃ ｔ ｉ Ｓ Ｈ Ｅ Ｎ ｃ — ｊ ．Ｓｕ Ｕ Ｉ — ｑｉ ｏ Ｚ ｉ Ｇ ａ
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算 机 模 拟 仿 真 已 进 人 工 程 实 用 化 阶 段 ， 造 生 产 铸 正 在 由 凭 经 验 走 向 科 学 理 论 指 导 铸 造 充 型 凝 固 过 程 的 数 值 模 拟 ， 以 帮 助 工 作 人 员 在铸 造 工 艺 可 设 计 阶 段 ｘＶ ￣件 可 能 出 现 的 各 种 缺 陷 及 其 大 小 ．ｄ 部 位 和 发 生 的 时 间 予 “ 有 效 的 预 测 ， 而 优 化 铸 从 造工 艺设计 ， 确 保铸件 的质量 ， 短 试制 周期 ， 以 缩 降 低 生 产 戚 率 ｉ 本 文 着 重 介 绍 铸 件 充 型 凝 固 一 过 程 及 缩 孔 缩 松 预 测 、 力分 析 等 的 研 究 进 展 。 应
盘体类零件低压铸造过程的ANSYS数值模拟
刘碧玉
ＬＩ Ｕ Ｂｉ － ｙ ｕ
（ 成都职业技术学 院，成都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
摘 要 ： 在 低压铸造成形过程中 ，液态 金属 流体 的充型和凝固是其中最核心和最重要 的两 步流程 ，其工 艺水平 将决定铸 件的成 型质 量和成品 率 ，而且铸 造过程 中所产 生的各类铸 造缺陷大 都来 自于 这两个 阶段 。本文将对 盘体类 零件低 压铸造 的充 型和凝 固过程进 行计算机 数值模拟 ，介绍其 理论基础 ，并将温度 场数值模 拟技术和流 场数值模拟技 术耦合仿真 ， 运 用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有限元软件 中的Ｃ Ｆ Ｄ 流体仿真模 块￣ Ｆ Ｉ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ 模块 ，对盘体 类零件低压铸造充 型和 凝固过程中的流场 和温 度场变化进行研究 。 关键 词 ：数值模拟 ；低压铸造 ；ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ；充型过程 ；流场
收 稿日期：２ ０ １ ３ －１ ０ －１ ６
其 中 ，ｆ 为体 积 函数 ，ｔ 为 充型 时 间。
３ ）动量 方程 （ 即Ｎ． Ｓ 方程 ）
。 ｆ ＼ ＋ ￡ ｂ 【 ＋ 、 ， ＋ ｗ １ ａ ｚ Ｊ — ． 害＋ ｐ … ｇ ｘ ＋ ‘
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（ ３ ）
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匐 化
盘体 类零件低压铸 造过程 的ＡＮＳ ＹＳ 数值模拟
Ｆ ｉ ｎｉ ｔ ｅ ｅｌ ｅ ｍ ｅｎ ｔ ｎｕｍ ｅｒ ｉ ｃａｌ ｓｉ ｍ ｕｌ ａｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｋ ｃａｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｕｎ ｄｅｒ ｌ ｏ ｗ－ ｐｒ ｅｓ ｓ ｕｒ ｅ ｄｉ ｅ ｃａｓ ｔ ｉ ｎ ｇ
中图分类号 ：Ｔ Ｇ ２ ４ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ （ － Ｆ） －０ ０ ４ ３ —０ ４
基于ANSYS软件二次开发的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟研究
第33卷第5期四川大学学报(工程科学版)V ol.33N o.5 2001年9月JOURNA L OF SICH UAN UNI VERSITY(E NGI NEERI NG SCIE NCE E DITI ON)Sept.2001 文章编号:100923087(2001)0520047204基于ANSY S软件二次开发的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟研究齐 慧,杨 屹,蒋玉明(四川大学制造科学与工程学院,四川成都610056)摘 要:对于ANSY S软件的通用性和缺乏专业针对性的特点。
采用ANSY S提供的二次开发工具开发了中文界面的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟系统,实现了模块界面简洁和易操作性的预期功能,并证实了以ANSY S为平台开发专业模块的可行性。
关键词:ANSY S;二次开发;充型过程;数值模拟中图分类号:TG702文献标识码:ADeveloping System of Numerical Simulation of Mold Filling B ased on ANSYSQI Hui,Y ANG Yi,JIANG Yu2ming(C ollege of M anu facturing Sci.and Eng.,S ichuau Univ.,Chengdu610065,China)Abstract:According to ANSY S’s features of universality and lack of speciality,a numerical simulation program for m odel2 ing filling process of casting is developed based on ANSY S.The program has terse interface in Chinese.The feasibility of developing special m odules is verified by the practical applications of the simulation system.K ey w ords:ANSY S;redevelop;m old filling;numerical simulation ANSY S软件是融热、电、磁、流体、结构、声学于一体的大型通用有限元分析软件。
基于ANSYS软件铸造温度场数值模拟
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四川理工学院毕业设计（论文）金属型铸造温度场的ANSYS模拟学生：何君学号：006专业：材料科学与工程班级：金属2004.1指导教师：金永中四川理工学院材料与化学工程系二OO八年六月摘要金属型铸造的凝固过程温度场分布直接影响着铸型寿命和铸件质量。
本文采用ANSYS软件，通过创建几何模型、划分网格、加载求解等过程对铸造温度场进行模拟。
实验结果表明：在金属型铸造过程中，金属型壁厚不同，金属型材料不同，金属型预热温度不同，都会影响铸造温度场分布，从而影响金属型的寿命和铸件质量。
通过对模拟结果的分析，可以为铸型的变形、开裂倾向和铸件的裂纹，冷隔等缺陷的预测提供依据。
关键词：金属型铸造，温度场分布，ANSYS软件，铸造缺陷AbstractThe temperature field distribution of the metal mold casting's solidification process can immediate influence the life of casting and the quality of casting.In this paper, uses the ANSYS software, through foundation processes such as creating a geometric model、division grid、load solution and so on to carries on the simulation to the casting temperature field. The tests results show that: In the metal mold casting process, the different metal mold wall thickness, the different metal mold material, the different metal mold preheating temperature, can affect the casting temperature field distribution, thus influence metal mold life and casting quality. Through the analysis of the simulation results, provide the basis for the forecast of thedefects such as the deformation of casting, cracking tendencies and the crack casting, cold shot and so on.Key words: metal mold casting, temperature field distribution, ANSYS software, casting defects目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要 (Ⅱ)1绪论 (1)1.1 问题的提出和研究意义 (1)1.2 研究现状 (1) (3)1.2.2 铸造过程中温度场的计算机模拟 (4)1.3 本文研究目的和研究内容 (5)1.4 铸造缺陷分类 (6)1.5 ANSYS软件组成 (6)2数值模拟过程 (8)2.1 模拟方案的确定 (8)2.2 实验内容 (9)2.2.1 材料及参数的选择 (9)2.2.2 构建数学模型 (10)2.2.3 网格划分 (11)2.2.4 施加载荷与求解 (11)2.2.5 后处理 (11)3实验结果与讨论 (13)3.1 铸造温度场的分布 (13)3.2 金属型材料对铸造温度场的影响 (16)3.3 金属型工作温度对铸造温度场的影响 (22)4结论与展望 (28)4.1 结论 (28)4.2 展望 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1问题的提出和研究意义铸造是制造业的基础,也是国民经济的基础产业,各行业都离不开铸件,从汽车、机床,到航空、航天、国防以及人们的日常生活,如建筑五金、家用电器等等都需要铸件。
铸造充型过程的数值模拟
铸造充型过程数值模拟的研究进展（****：**学院：材料科学与工程专业：材料工程学号：20131800103二○一四年二月摘要铸造过程计算机数值模拟技术是当今材料科学的重要前沿领域。
本文从铸件充型数值模拟的发展过程、软件的开发状况、计算方法及验证方法等四个方面介绍了国内外铸件充型过程计算机数值模拟的概况。
关键词: 数值模拟; 充型过程; 铸件; 模拟软件AbstractThe technology of computernumerical simulation on casting process is an importangt frontal field of material science and technolgy.The present foreign and domestic research on compter digital simulation of casting process is summarized in the paper from four respects of evolution of numerical simulation of filling processes of castings,development state of software ,method to calculate and method to prove.Key words:numerical simulation ;filling process;castings;simulation software目录摘要 (1)Abstract (2)一前言 (1)二数值模拟的国内外发展概况 (1)三充型过程数值模拟技术新进展 (3)四铸造模拟软件的开发状况 (3)五充型过程数值模拟的计算方法 (4)4.1充型过程液体流动的数值模拟 (4)4.2 充型过程卷入缺陷的数值模拟 (5)六充型过程实验研究 (6)七结论与展望 (7)参考文献 (8)1 前言铸件充型过程数值模拟是随着电子计算机技术的飞速发展而发展起来的一种现代铸造工艺研究方法。
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型模拟 了一试验件 ， 在模拟 的过 程 中分 别用 ２种方 法对 流场进行 了模 拟 ， 与 实测 结果进 行 比较 ， 并 结果表 明 ， 用充型过 程 的 采
维普资讯
铸 造技术
Ｒ Ｉ ＤＲＹ Ｔ日Ｃ ＨＮ０１ ＧＹ ０
Ｖ０ ． ３ ＮＯ ４ １２ ．
Ｊ １２ ０ ｕ． ０ ２
基 于 ＡＮＳ ＹＳ铸件 充型 与凝 固数值 模拟 的研究
齐 慧， 杨 屹 ，蒋玉 明
（ 四川 大学 ， 四川 成 都 ６ ０６ ） １０ ５
方 法 更 接 近 实测 值 。
关键词 ： 型过程 ； 值模 拟 ； 充 数 ＡＮＳ Ｓ；流 动 Ｙ
中图分类号 ： ２ ４ ＴＧ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ００８ ６ ２ ０ ）４０ １ —３ １０ —３ ５（０ ２ ０ —２ ６０
Ｎｕ ｒ ｃ ｌＳ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｕ ｄ Ｆ ｏ ａ ａ ａ ｓ ｅ ｒｎ ｏ ｄ Ｆｉｌｎ ｆＣａ ｔｎ ｍｅ ｉ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｏｆＦｌ ｉ ｗ ｎｄ Ｈｅ ｔＴｒ ｎ ｆ ｒ Ｄｕ ｉ ｇ Ｍ ｌ ｌｉ ｏ ｓ ｉ ｌ ｇ ｇ
此 采用 这 一模 型 。 ｅ模 型 ， Ｋ－ 即用 两 个 紊 流 特 征 量 （ 紊
， ＋ ｏ ＝ ０ 、 。， 、
（） 、， Ｉ １
流动能 Ｋ 和紊流动能的耗散率 ｅ 来表示动量守恒方 ）
程 中 的紊 流粘 度 。 紊 流 动能 Ｋ 方 程 ：
冷 隔等 缺 陷 ， 而优 化铸 件 工 艺 ， 进 实现 理想 的型 腔填 充 状 态 ， 实 际 的铸 件 生产 具 有 重 要 的 指 导 意 义 。为 了 对 更精 确 地模 拟 铸 件 充 型 过 程 的 流 动 ， 时 也 为 了能 够 同
能 量方 程 ：
７十
十
— ３ ｙ —
金 属 液 的充 型 过程 是 一个 伴 随着 热 量散 失 以及 凝 固的非 恒 温 的 流 动 过 程 。通 过 对 铸 件 充 型 过 程 的 流
Ｐ
（ ＋ ）一ｙ Ｐ＋Ｖ ＋ ＝３＋ ，２ ｇ ｕ
（） ３
ａＴ ． ａＴ ． ａＴ
场、 温度场 的数值模拟 ， 能够较准确地表达金属液在充 型过程的流动和传热规律 ， 并可 预测 可能产生的卷气
给随后的凝 固过程数 值模拟提 供更为 准确 的初 始条
件 ， 文在 研究 流动计 算 的 同时耦 合 了传 热计 算 。 本
１ 理 论 分析
） ＋
式 中 Ｊ Ｄ —— 密 度 ；
— —） ＋ Ｓ㈩Fra bibliotek ，
速 度矢 量 在 ｚ， 方 向上 的分 量 ；
ｐ — 单 位 密度 的压力 ； — — 运 动粘 度 ； — ｇ —— 重 力加 速 度 ；ｃ — 比热 ； — 志 — 热 导 率 ；Ｓ — 源项 ； — —
ｍｏ ｅａ ｃ ｒｔ ｒｔａ ｅｔｎ ｈ ｈ ｉ ｔｏ ｅ ｒ ｃｕ ａｅｆ ｅ ｌ ｓｉ ｔ ａ ｔ ｅｆｒ ｎ ， ｏ ｔ ｇ ｎ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｍ ｏｄ ｆ ｌ ；Ｎｕ ｅ ｃ ｌ ｉ ｌｔ ｎ；ＡＮＳ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ｉｉ ｌｎ ｇ ｍ ｒ ａ ｍｕ ａｉ ｉ ｓ ｏ ＹＳ；Ｆｌｉ ｌｗ ｕｄ ｆ ｏ
— —
过程包含着动量传递 、 质量传递和能量传递 ， 因此在进
行 求解 时 需 要 求 解 二 维 微 分 方 程 （ 直 角 坐 标 系 表 用
示 ） 连 续方 程 （ 量 守恒 方 程 ） ： 质 ：
ｏ ｚ
根据金属液体 的实际情况 ， 标准 的 Ｋ－ 模 型基本 ｅ
能 够满 足 金属 液 流 动 的 真 实 情 况 且 模 型结 构 简 单 ， 因
ＱＩＨｕ ，ＹＡＮＧ ，Ｊ ＡＮＧ ｍｉｇ ｉ Ｙｉ Ｉ Ｙｕ ｎ
（ ｉ ｕｎＵｎｖｒｉ ，Ｃ ｅ ｇ ｕ６ ０ ６ ， ｈｎ ） Ｓｃ ａ ｉ ｓ ｙ ｈ ｎ ｄ １０ ５ Ｃ ｉａ ｈ ｅ ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｔ ｅ ａｉ ｌ ｏ ｅ，ｗｈ ｃ ｏ ｓ ｔ ｆｃ ｎ ｒ ｌ ｑ ａｉｎ ｏｖｎ ｅｈ ｎ ｉｉ ｎ ｉｉｎ，ｈ ｓｂ ｅ ｓｒ ｃ ： ｅｍａｈ ｍ ｔｃ ｄ ｌ ａｍ ｉｈ ｃ ｎ ｉ ｓｏ ｏ ｔｏ ｕ ｔ ｓｓ ｌｉｇｍ ｔｏ ａ ｄ ｉ ｔ ｌｃ ｄｔ ｓ ｅ ｏ ｄ ｎ ａｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｐ ｔｆｒ ｒ ｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓｏ ｃ ａ ｉｓａ ｄ ｃ ａ ａ ｔｒｏ ａ ｄ ａ ｔｎ ．Ｔｈ ｉ ｕａｉｎ ｒｓ ｌ ｅｃ ｎ ｉｔｎ ｔ ｈ ｕ ｏ ｗａｄ ｏ ｈ ａ ｉ ｆｍｅ ｈ ｎｃ ｈ ｃｅ ｆｓｎ ｓｃ ｓｉ ｎ ｒ ｇ ｅｓ ｌ ｔ ｅ ｕｔ ａ ｓ ｅ ｔｗｉ ｔ ｅ ｍ ｏ ｓｒ ｏ ｓ ｈ ｒａ ｅ ｕｔ． ｅ ｌ ｓ ｌ Ｔｗｏ ｄｆｅ ｅ ｔｍｅｈ ｓｈ ｖ ｅ ｎ ｕ ｅ ｏｓｍｕａｅｆｕｄ ｆ ｗ ． ｅｒ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｓｃ ｎ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｒｎ ｔ ｏ ａ ｅｂ ｅ ｓ ｄ ｔ ｉ ｌｔ ｉ ｌ ｆ ｄ ｌ ｏ Ｔｈ ｅ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｏ ｄ ｍｅｈ ｓ ｓ ｅ ｄ ｉ Ｓ
１ １ 充型 过 程 的数 学模 型 ．
铸 造 充 型过 程金 属 液 的流 动 属于 不 可压 缩 粘性 液 体 的非 稳 态 流 动 ， 于 充 型 时 间 短 ， Ｒ 通 常 大 于 由 而 １ 其 流动 被认 为是 未充 分 发展 的紊 流 流 动并 且 这 一 ０，
拉普拉斯算子。 １ ２ 紊 流 模 型 ．