球墨铸铁是一种重要的金属材料,具有强度高、韧性好、成本低和易于组织生成等优点,已经广泛地应用于汽车、农机、船舶制造、冶金工业及管道工程等许多重要的工业部门。但是由于球铁铸件具有糊状凝固的特性,并且在凝固过程中会产生石墨化膨胀,使得铸件容易产生很大的收缩缺陷。这个问题是球铁件生产中存在的一个突出问题,长期以来难以得到彻底的解决。 铸件凝固数值模拟是利用计算机技术可视化的显示铸造全过程的一种新技术手段。这项技术的采用和集成,能优化产品结构、提高产品质量、缩短产品开发周期、降低成本、提高市场应变能力,对推动铸造技术的进步有着举足轻重的作用。本论文以有限元分析软件为开发平台,运用设计参数化和功能模块化技术,初步开发了面向铸造工程应用的铸件缩孔缩松预测及缺陷分析系统。本文开发的系统只是用于理论研究,不涉及任何商业应用。 本文首先对球铁件模拟发展过程和有限元计算的数学理论进行了全面的概述,然后对铸造工程应用系统的整体结构进行了设计。利用改进的新山判据开发了球墨铸铁件缩松的预测系统;将数据结构中广度优先搜索法应用到搜索孤立区的计算中,在充分分析球铁件缩孔产生机理与主要预测方法的基础上,弥补了孤立区体积微观计算法将过共晶和亚共晶近似为共晶膨胀计算的不足,并将其应用到了所开发的系统中,提高了计算的速度和准确性。 通过利用本文开发的系统和商业软件对铸件的模拟,验证了缩孔、缩松预测系统是可用的,并且实现的算法是基本正确的。本文开发系统时所选取的工具是合理的,并便于系统的扩充和完善。