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65600字硕士毕业论文压铸充型过程的计算机数值模拟

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:65600字
论点:铸造,铸件,过程
论文概述:

通过对金属液体流动规律的分析,建立了充型流动的数学模型。并对该数学模型采用了交错网格和有限差分法的离散方法,从而解决了波形速度场和棋盘形压力场的问题。

论文正文:

第一章引言

主题背景和研究意义

1.1主题背景

铸造在我国是一种历史悠久的金属成形方法。它有6000年的悠久历史,早在2000年前就铸造了一个大型铸铁三脚架。虽然今天大部分坯料仍然是通过铸造生产的,这主要是因为铸造与其他材料成型方法相比具有以下独特优势:
1)其应用范围非常广泛。在机械产品中,内燃机的大部分关键部件是铸件,占其总质量的70-90%,占汽车铸件质量的19-23%。其他工业设备,如冶金(钢、铁、有色合金)、能源(火、水、核能等)。),海洋和航空航天空航空航天,铸件都占有很大的比例,发挥着非常重要的作用。铸造非常灵活方便。它不受铸件的形状、尺寸和厚度的限制。它的重量可以是几克,或者可以达到300吨以上
2)。铸造所用的原材料非常广泛。几乎所有能熔化成液态合金的东西都可以用于铸造,如废料、金属碎片、铸钢等。
3)铸件通常具有一定的尺寸精度,比普通锻件和焊接件的成形尺寸更精确。
4)成本低,综合经济性能好,能耗和成本低于其他金属成型方法。
铸造通常指用熔融合金材料制造零件的方法。首先,制备铸模,并且通过将液态合金注入铸模中,冷却并固化铸模来获得坯料或零件。一般来说,通过铸造方法获得的大多数铸件只是毛坯,在它们可以用作各种机器的部件之前,需要进一步加工。当然,如果铸件满足用户要求的尺寸精度和表面粗糙度要求,它可以直接作为产品或零件使用。中国多年来一直是世界上最大的铸件生产国(在国家日常生活、国防和军事等各个方面对铸件都有很大的需求),并且在数量上已经成为一个铸造大国。然而,与西欧、美洲等发达国家相比,中国的铸件整体
水平仍然非常落后。铸造产品主要是低精度铸件,而精密铸件与高质量高性能铸件的比例较小,废品率很高。各种数据表明,我国还不是一个铸造大国。根据中国当前国情和时代需要,中国铸造行业必须走高质量、高效率、可持续发展的道路

1。1.2研究意义
国内铸造行业整体技术水平较低,不可能有效获得高质量铸件。此外,企业中的大多数相关技术人员只能依靠实际生产经验来完成模具设计和生产过程的优化,从而消耗大量的人力物力,大大延迟了整个产品的生产周期,削弱了制造商的竞争力。
21世纪,随着计算机科学技术和计算流体力学的飞速发展,铸造计算机数值模拟技术及相关理论越来越完善,逐渐成为一种可靠实用的科学分析方法。因此,利用计算机数值模拟技术研究铸件充型过程具有重要的科学价值和现实意义

1。2国内外铸造数值模拟软件的开发

铸造过程数值模拟的研究主要是对液态合金的凝固和充型过程进行计算机模拟。通过分析和计算得到的速度场和压力场的变化规律,可以用数值模拟的方法得到金属熔体在型腔中的流动和填充状态。从而为我们优化浇注系统,防止熔融金属在浇注通道中吸入,消除多股熔融金属交叉造成的熔结痕迹,降低湍流夹带空气体造成缺陷的概率,减少熔融金属对铸型的冲击和腐蚀,最终消除熔融金属填充不良造成的这些铸造缺陷
。现在,随着计算机技术的飞速发展,计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程已经广泛应用于铸造等地方。充填过程的数值模拟是整个铸造过程模拟的难点和重点,主要是因为理论基础深厚、技术含量高、过程复杂、研究难度大。
铸造过程的填充过程非常短。压力场和速度场将随时间不断变化。熔融金属将持续流入(填充)空腔,排水区域将持续扩大,自由表面也将持续变化。熔融合金的填充过程极其复杂。其次,在具体求解过程中,需要迭代计算连续性方程、动量方程和能量方程,计算量大,迭代过程容易发散。经过几十年的快速发展,国内外相关企业和大学已经开发出实用性很强的商业软件,如美国的PROCAST、日本的JSCAST和韩国的AnyCasting。

第三章灌装模拟数学模型……23-42 [/BR/] 3.1液态金属填料的特性……23-24 [/BR/] 3.2.1液态金属填充……23
3.2.2……23-24[/比尔/] 3.2数学模型的填充模型……24-30[/比尔/] 3.2.1连续性方程……24-25
3.2.2动量守恒……25-30
3.2.3节能……30
3.3有限……30-34
3.3.1有限差分……30-31[/比尔/] 3.3.2有限差分法……31-32[/比尔/] 3.3.3有限差分方程……32-33
3.3.4有限差分方程……33-34
3.4……34-41 [/BR/] 3.4.1离散……34[/比尔/] 3.4.2交错网格……34-37[/比尔/] 3.4.3数学模型……37-41 [/BR/] 3.5本章概述……41-42
第4章灌装过程流场分析……42-59[/溴/] 4.1流场解决方案流程……42-46
4.1.1海上人命安全公约方法……42-45
4.1.2……45-46
适用于《海上人命安全公约》方法4.2……自由表面上的46-53
4 . 2 . 1基础……VOF方法46-47
4 . 2 . 2普通VOF……47-48
4.2.3自由表面法线……48-49
4.2.4流体流量……49-53
4.3其他相关治疗……53-58
4.3.1压力边界条件……53-54[/溴/] 4.3.2速度边界条件……54-58 [/BR/] 4.3.3数值计算稳定性……58[/比尔/] 4.4本章概述……58-59

总结与展望
在深入研究大量流场模拟方法的基础上,研究了充填计算中迭代收敛困难、迭代计算量大、边界条件设置等问题,得出以下结论:
(1)通过对金属液流动规律的分析,建立了充填流动的数学模型。采用交错网格离散法和有限差分法解决波速场和棋盘压力场问题。
(2)根据SOLA-VOF法的计算流程图迭代求解速度场和压力场,并对充填过程中可能出现的各种自由面的流动模式进行了综合讨论和分析。
(3)以微软Visual C++6.0为仿真软件开发平台,采用面向对象的编程方法,编制了铸件充型过程流场求解模块。软件界面友好,易于使用。本文开发的模块具有良好的可扩展性。