铸件流场与温度场耦合计算下的数值模拟研究

摘要

本课题利用Microsoft Visual C++6.0平台,通过建立Win32 Console Application工程C语言对原自行开发的铸造凝固过程温度场数值模拟软件进行了二次开发和改进,并命名新的铸造模拟软件系统为XAUTCAST。具体研究内容如下： 1、在模拟软件数值计算模块内核程序中,增加编制了铸件充型过程中流场、温度场耦合计算的程序,使模拟软件功能更完善,模拟精度更高； 2、利用Microsoft ODBC技术,在模拟软件数值计算模块开发了针对一般常用工程铸件的材料物性热参数数据库。用户可以对多种常用铸件材料的热物性参数进行添加、修改、删除和查询等操作。这不仅方便了用户对材料热物性参数值的管理,而且打破原数值模拟软件只能计算模拟指定材料和铸造工艺的局限性,使模拟软件更加人性化、通用化； 3、改进了前处理模块中网格剖分的能力,使有限差分(FDM)剖分网格尺寸更小,网格数量更多,能够满足大型薄壁复杂铸件的数值模拟； 4、增加了记录铸件在充型及凝固过程中在任意位置处温度-时间、速度-时间数据的功能； 最后,论文提出了本课题今后需进一步改进、完善的工作。 本课题改进开发的一般工程铸件充型、凝固模拟软件对充型过程中流动、传热进行了耦合温度场计算,为凝固过程提供了初始温度场,完善了铸造模拟过程,提高了模拟精度。通过两个实验验证方法对标准试块和铝合金衬板的模拟对比验证,以及软件对实际企业铸件的数值模拟,结果表明,XAUTCAST铸造模拟软件具备一定可靠性,一定程度上可以预测铸件缺陷的形成原因及部位。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1课题意义

1.2铸造过程计算机模拟的发展及研究应用的现状

1.3计算机模拟铸造软件的应用

1.4充型和凝固过程模拟研究的工作概况

1.4.1铸件充型过程数值模拟

1.4.2铸件凝固过程数值模拟

1.5铸造过程数值模拟仿真技术存在的主要问题及发展方向

1.6本课题选题依据及研究内容

2基本理论和分析处理方法

2.1基本假设

2.2数学模型

2.2.1数学模型建立方法

2.2.2控制方程

2.2.3控制方程的离散

2.3边界条件的处理

2.3.1充型过程速度边界条件处理

2.3.2充型过程温度场边界条件处理

2.4数学模型的数值求解方法

2.4.1充型过程流场的计算

2.4.2充型、传热耦合计算

2.5本章小结

3铸件充型及凝固模拟软件系统的构成

3.1构成XAUTCAST模拟软件系统的组成及各模块的功能

3.1.1 XAUTCAST模拟软件系统前处理模块

3.1.2 XAUTCAST模拟软件系统的数值计算模块

3.1.3 XAUTCAST模拟软件系统的后处理模块

3.2模拟软件程序结构设计

3.3模拟软件系统的技术改进

3.4本章小结

4软件的开发、实验验证及应用

4.1软件系统函数结构的设计及功能介绍

4.2模拟软件的实验验证方案

4.3模拟软件系统的应用

4.4影响模拟结果精度的因素

4.5本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

在校期间发表的文章