基于集成计算平台的镁合金舱体铸造工艺优化

摘要

目前传统镁合金与镁合金构件的研发模式，从研发到产业化制造周期漫长，而且只是找到了材料工艺与性能关系的某些特殊解；这种形式下对研发到产业化过程中复杂的科学技术内涵和细节发掘不够，严重制约了镁合金及其构件的研发和产业化应用。为了缩短镁合金产品制造周期，结合集成计算材料工程(ICME)思想将多个CAE软件或计算分析软件串联在一起形成一个自动化计算流程，减少计算过程的人工操作成本、提高工作效率。本文研究内容依托SiPESC.CAST集成计算平台，采用计算机语言、有限元软件命令行操作实现有限元软件的自动化运行并实现计算软件间数据处理与传递，构建铸件工艺优化集成计算。 本文首先利用专业铸造数值模拟软件ProCAST对镁合金铸件进行铸造过程凝固缺陷、应力应变、微观组织模拟计算，并灵活运用ProCAST-Python脚本，实现脚本驱动ProCAST完成镁合金铸件在无需界面操作下的参数化模拟计算和多模拟结果后处理数据文件的输出；为ProCAST软件能实现自动化计算和结果输出提供了基础。 在基于SiPESC软件针对铸造问题设计开发的SiPESC.CAST集成优化平台；调用ProCAST软件和MATLAB程序实现对镁合金铸件工艺-缺陷/组织-性能的一体化模拟预测和结果分析，并结合SiPESC优化算法，实现对镁合金铸件工艺-缺陷/组织-性能的一体化集成优化计算。 本文以GW103K镁合金电子舱体铸件作为基于集成计算平台ProCAST-MATLAB镁合金铸件集成优化计算的计算实例。针对GW103K电子舱体进行了流动凝固分析，根据电子舱的结构和凝固特点对电子舱的砂芯进行了多处冷铁块的布置。并根据电子舱的铸件结构以无量纲Niyama判据下的铸件缩松孔隙度和铸件CAFé模拟晶粒尺寸为目标变量，构建以电子舱体浇注温度、模具预热温度和保压压力为设计变量的多目标优化集成计算方案。

目录

声明

1 绪论

1.1 本文研究背景及意义

1.2 铸件铸造过程数值模拟研究概况

1.3 集成计算研究进展

1.3.1 集成计算材料工程简介

1.3.2 集成计算材料工程国内外发展

1.3.3 集成计算软件系统概况

1.4 ProCAST软件及SiPESC平台简介

1.4.1 ProCAST简介

1.4.2 SiPESC平台及SiPESC.OPT优化模块

1.5 本文研究内容

2 合金凝固缺陷/组织模拟

2.1 合金凝固缩松缩孔及Niyama判据法

2.1.1 合金凝固缩松缩孔

2.1.2 Niyama判据

2.1.3 ProCAST无量纲Niyama显微缩松模拟

2.2 凝固微观组织模拟

2.2.1 形核模型

2.2.2 CA组织模拟方法

2.3 本章小结

3 GW103K舱体铸造数值模拟

3.1 GW103K镁合金电子舱体

3.1.1 GW103K镁合金

3.1.2 舱体铸件模型

3.1.3 舱体初步ProCAST低压铸造数值模拟

3.2 舱体铸件参数化仿真流程构建

3.2.1 前处理过程-preprocessing脚本

3.2.2 后处理过程-postprocessing脚本

3.3 本章小结

4 集成优化计算构建

4.1 SiPESC优化集成计算平台简介

4.2 构建低压铸造工艺优化计算方案

4.2.1 铸件优化设计变量设置

4.2.2 加载外部程序

4.2.3 读取目标变量与设置优化算法

4.2.4 求解

4.3 本章小结

5 镁合金电子舱体集成优化计算

5.1 镁合金电子舱体工艺-缺陷集成优化计算

5.2 镁合金电子舱体工艺-组织-性能集成优化计算

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书