【摘要】：隨著先進制造裝備向高性能化、集成化和綠色化方向發(fā)展,裝備的關(guān)鍵鑄件要求實現(xiàn)輕量化和整體化,鑄件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜程度不斷增加,導致高性能鑄件成型工藝設計困難。鑄造數(shù)值模擬技術(shù)能夠優(yōu)化鑄件生產(chǎn)工藝,縮短鑄件試制周期,提高鑄件生產(chǎn)效率。但是這些高性能鑄件幾何結(jié)構(gòu)復雜、厚薄不均勻,傳統(tǒng)的均勻網(wǎng)格剖分使得計算網(wǎng)格數(shù)量龐大,數(shù)值計算消耗大量的計算資源,影響鑄造數(shù)值模擬技術(shù)的實用化。本文研究一種復雜鑄件變網(wǎng)格劃分技術(shù),并將該技術(shù)應用到鑄造充型流動場數(shù)值模擬中,主要工作內(nèi)容如下:首先,研究一種變網(wǎng)格技術(shù)的網(wǎng)格劃分規(guī)則、網(wǎng)格之間相互關(guān)系、網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)存儲方式以及網(wǎng)格遍歷順序,建立一種復雜鑄件變網(wǎng)格剖分系統(tǒng),主要包括建立一種復雜鑄件變網(wǎng)格技術(shù)的網(wǎng)格劃分模型、網(wǎng)格關(guān)系模型和網(wǎng)格數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)模型,并提出了變網(wǎng)格遍歷操作方法。其次,研究了鑄造充型過程流場求解和界面追蹤的SOLA-Level Set方法,研究了數(shù)值離散時采用的同位網(wǎng)格技術(shù)和動量插值法,提出了本文變網(wǎng)格技術(shù)復雜鑄件充型流場數(shù)值模擬的離散方法,采用有限體積法離散流場控制方程,三階龍格庫塔五階WENO格式離散Level Set函數(shù)。然后,分別采用本文變網(wǎng)格技術(shù)和均勻網(wǎng)格技術(shù)對流場計算與流體界面追蹤進行數(shù)值模擬研究,模擬結(jié)果的對比不僅證明了本文變網(wǎng)格技術(shù)在流場計算和界面追蹤模擬方面是可行的,而且也證明了該技術(shù)能夠有效節(jié)省計算資源。進一步采用本文變網(wǎng)格技術(shù)對鑄造基準件進行充型數(shù)值模擬,并對比模擬結(jié)果與該基準件的實際澆注實驗結(jié)果,表明該變網(wǎng)格技術(shù)可以有效模擬鑄造充型過程。此外,還將本文變網(wǎng)格技術(shù)與華鑄CAE軟件模擬結(jié)果和計算時間進行了對比,驗證了該變網(wǎng)格技術(shù)的可靠性和高效性。最后,將本文采用的變網(wǎng)格技術(shù)應用到箱體、采煤配件和缸體復雜鑄件充型過程的模擬,結(jié)果表明該變網(wǎng)格技術(shù)可以有效減少復雜鑄件數(shù)值模擬所需的計算資源。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG24
【圖文】：

（a）八叉樹細化網(wǎng)格模型 （b）八叉樹粗化網(wǎng)格模型圖 1-1 八叉樹網(wǎng)格模型[50]2014 年，白苗苗等人[51]建立基于變網(wǎng)格技術(shù)水下爆炸沖擊超壓場重建模型，在重建區(qū)域采用疏密相間網(wǎng)格與自適應網(wǎng)格結(jié)合的變網(wǎng)格技術(shù)，獲得更高重建精度。2016 年，殷亞軍、李陽東等人[52]采用八叉樹自適應網(wǎng)格技術(shù)進行了流場界面追蹤數(shù)值模擬，提高界面追蹤的計算效率和精度，并將基于八叉樹自適應網(wǎng)格技術(shù)的Level Set 方法應用到方腔鑄件的充型數(shù)值模擬中。2016 年，Mohammad 等人[53]提出了基于自適應四叉樹和八叉樹的 Level Set 并行算法，采用半拉格朗日方法求解水平集方程，使用 MPI 標準庫和開源 p4est 庫實現(xiàn)算法的完全并行化，最后通過解決 Stefan 問題將該算法應用在凝固過程數(shù)值模擬。

叉樹細化網(wǎng)格模型 （b）八叉樹粗化網(wǎng)圖 1-1 八叉樹網(wǎng)格模型[50]白苗苗等人[51]建立基于變網(wǎng)格技術(shù)水下爆炸沖擊超壓密相間網(wǎng)格與自適應網(wǎng)格結(jié)合的變網(wǎng)格技術(shù)，獲得更殷亞軍、李陽東等人[52]采用八叉樹自適應網(wǎng)格技術(shù)進高界面追蹤的計算效率和精度，并將基于八叉樹自適應用到方腔鑄件的充型數(shù)值模擬中。ohammad 等人[53]提出了基于自適應四叉樹和八叉樹的格朗日方法求解水平集方程，使用 MPI 標準庫和開源化，最后通過解決 Stefan 問題將該算法應用在凝固過

研究路線圖

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 白苗苗;郭亞麗;王鳳;王黎明;;基于變網(wǎng)格的水下爆炸沖擊波超壓場重建[J];戰(zhàn)術(shù)導彈技術(shù);2014年04期

2 杜旭初;樊振中;洪潤洲;李大奎;;鑄造數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展[J];鑄造技術(shù);2013年11期

3 陳文珂;黃韋;周運海;;球鐵后橋殼的鑄造工藝設計及數(shù)值模擬[J];精密成形工程;2013年04期

4 周建新;;鑄造計算機模擬仿真技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];鑄造;2012年10期

5 錢怡君;程兆虎;于浩;;數(shù)值模擬在鑄造中的應用進展[J];精密成形工程;2012年04期

6 張明遠;陳立亮;龐盛永;殷亞軍;陳濤;;基于投影-水平集方法充型過程氣-液兩相流數(shù)值模擬[J];鑄造;2010年05期

7 陳敏;;基于變網(wǎng)格技術(shù)的凝固組織模擬研究[J];中國制造業(yè)信息化;2010年01期

8 郝靜;陳立亮;周建新;;Level Set方法在鑄造充型過程數(shù)值模擬中的應用[J];鑄造;2008年04期

9 宮翔飛;張樹道;江松;;界面捕捉Level Set方法的(AMR)數(shù)值模擬[J];計算物理;2006年04期

10 周建興,劉瑞祥,陳立亮,林漢同;熔模鑄造凝固過程擬實仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J];中國鑄造裝備與技術(shù);2000年06期

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 狄升斌;基于浸入邊界法的復雜流動多尺度模擬[D];中國科學院研究生院(過程工程研究所);2015年

2 殷亞軍;基于八叉樹網(wǎng)格技術(shù)的相場法金屬凝固過程組織模擬的研究[D];華中科技大學;2013年

3 郝靜;鑄造充型過程氣液兩相流動數(shù)值模擬的研究[D];華中科技大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 胡磊;基于SPH方法鑄造充型過程氣液固三相流的研究[D];太原理工大學;2017年

2 王冠乾;基于SPH方法的鑄造充型過程的數(shù)值模擬研究[D];太原理工大學;2016年

3 趙建新;基于BFC系統(tǒng)鑄件充型過程數(shù)值模擬[D];東南大學;2005年

本文編號：2749602