铸造是应用最为广泛的材料成型工艺之一,在国民经济中占有重要地位,当今传统的铸造工艺已跟不上知识经济发展的步伐。计算机模拟技术介入铸造技术标志着铸造业由传统走向现代化。凝固过程是铸造过程的重要一环,对铸件表面及内部质量有着决定性的影响。本文通过研究凝固传热过程定量分析理论,建立传热过程的数学模型,并开发具有独立计算功能的传热模拟计算程序,预测铸件生产过程中可能出现的缺陷及部位,从而为优化铸造工艺过程提供理论指导。实践证明,本文的研究内容具有重要的科学价值和现实意义。本文在深入研究金属凝固传热学的基础上,建立了凝固过程传热微分方程数学模型。总结求解微分方程的各种数值算法,并分析影响凝固传热的各边界条件,采用有限差分法对数学模型在时间及空间上进行离散化,建立了具有定解条件的差分方程。针对不同材料传热特性不同的问题,建立对应铸件—铸型边界模型,并采用一个综合传热系数来表达边界处的传热特点。采用温度回复法解决小结晶区间合金的潜热释放问题,对于具有一定结晶区间的合金则采用等价比热法进行处理,充分发挥两种方法的优点,提高计算的准确度。对凝固潜热的释放模式进行研究,确定采用潜热释放与温度变化呈线性关系的模式进行近似计算。同时,在用等价比热法处理潜热问题时,分六种情况对可能的计算结果进行讨论,并根据能量平衡原理,对计算结果进行修正,提高了处于凝固区间网格传热计算的精度。程序开发部分,本文采用面向对象编程技术,以Microsoft VC++6.0为开发平台,独立开发了凝固温度场计算功能模块,实现数学模型求解的程序化。通过开发相应的接口程序,将各功能模块与主程序动态链接,减小主程序文件尺寸,提高了程序运行的效率。通过开发文件数据读入接口,实现了三维造型软件与本程序的数据连通,进而实现软件三维模型显示、网格剖分、凝固传热模拟计算及计算结果显示等一整套数值模拟过程。软件界面简洁易用,程序设计结构严谨、可读性及可扩展性良好。最后,将所开发模拟程序用于零件模型的传热过程模拟,分析计算结果并与成熟模拟软件AnyCasting的模拟结果做对比,结果表明两者的计算结果基本一致,验证了所开发模拟模块计算的准确性。