【摘 要】
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铸造数值模拟对优化铸件生产工艺具有重要意义。功能齐全的后处理模块能让用户更加全面地观察模拟结果,但目前的后处理模块对铸造缺陷的显示仍不够完善。压铸过程中流体流动的模型层出不穷,但是与流动息息相关的卷气缺陷研究往往满足不了实际生产的需要,此类缺陷大大影响了铸件的形状尺寸、力学和物理性能,甚至使铸件成为废件。本文首先完成了铸造过程三维可视化的开发,为后续的卷气预测提供更加准确直观的展示;之后分别建立两
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目(“面向汽车零部件制造的绿色、高效、智能压铸岛系统开发与应用”,编号:2019B090921001);
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铸造数值模拟对优化铸件生产工艺具有重要意义。功能齐全的后处理模块能让用户更加全面地观察模拟结果,但目前的后处理模块对铸造缺陷的显示仍不够完善。压铸过程中流体流动的模型层出不穷,但是与流动息息相关的卷气缺陷研究往往满足不了实际生产的需要,此类缺陷大大影响了铸件的形状尺寸、力学和物理性能,甚至使铸件成为废件。本文首先完成了铸造过程三维可视化的开发,为后续的卷气预测提供更加准确直观的展示;之后分别建立两种卷气位置预测模型;最后完成求解器的开发与实例验证。本文主要内容包括:(1)搭建后处理系统框架,标记气泡连通域。本文对计算结果中各个场数据进行三维建模,采用基于并行计算的连通域填充算法对各个气泡标记,区分不同的连通域。针对双升液管模拟过程,后处理模块展示三维数据以验证程序运行的正确性,标记气相连通域以验证连通域填充算法的准确性。(2)建立了基于气相追踪与气泡破碎判据的卷气缺陷位置预测模型。在单相流基础上,本文增加对气泡属性变化过程的探究。气液两相的力场随着充型过程的发生动态变化,在某一时刻力场失衡导致气泡破碎弥散。本文通过计算每一时间步内气泡是否存在力场失衡来判断气泡是否破裂,在结果中标记出留下的气泡作为可能出现的卷气位置。采用实例验证该模型正确性。(3)建立了基于气液固三相充型流动过程数值计算的卷气缺陷位置预测模型。基于气相追踪与气泡破碎判据的卷气缺陷位置预测模型是建立在单相流基础上,在气液两相具有强烈相互作用的情况下并不适用。本文考虑到在充型过程中温度变化对粘度和固相率的影响,修正流动方程,求解温度扩散方程。在充型完成后标记出气泡的部位为预测的卷气位置。采用实例验证该模型正确性。本文提出基于并行计算的连通域填充算法、建立基于气相追踪与气泡破碎判据的卷气缺陷位置预测模型以及建立基于气液固三相充型流动过程数值计算的卷气缺陷位置预测模型,为设计铸造工艺、改善产品件的质量提供了有效的指导,具有重要价值。
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