缺陷預(yù)測及工藝優(yōu)化是鑄造宏觀過程模擬的最終目的,而鑄造充型過程中可能產(chǎn)生的成形類缺陷（如卷氣、澆不足、冷隔和氧化夾渣等）,往往只能借助充型模擬結(jié)果間接地分析,未能充分利用數(shù)值模擬技術(shù)所帶來的數(shù)字化分析優(yōu)勢。且隨著對鑄造模擬技術(shù)實用化要求的逐步提高,相關(guān)缺陷分析方法已滿足不了實際生產(chǎn)需求。采用數(shù)值模擬手段對鑄造充型過程中成形類缺陷進行深入研究,對提高鑄件性能和優(yōu)化鑄造工藝有著十分巨大的價值。本文對鑄造充型過程成形類缺陷數(shù)值模擬所涉及的各個方面進行了深入的研究和探討,包括鑄造充型過程多相流數(shù)學(xué)建模、冷隔缺陷演化機理及預(yù)測和氧化夾渣缺陷演化機理及預(yù)測等。同時,本文基于計算流體力學(xué)開源代碼完成了相關(guān)求解器的開發(fā)工作,有助于廣大科研工作者深入研究鑄造充型過程數(shù)值模擬技術(shù)。首先,考慮到液固轉(zhuǎn)變對鑄造充型過程影響較大,提出了一基于固相率變化的糊狀區(qū)流動行為計算模型,即高固相率糊狀區(qū)采用臨界固相率方法,低固相率糊狀區(qū)采用變黏度模型,中等固相率糊狀區(qū)采用多孔介質(zhì)拖拽模型,有效地處理了液固轉(zhuǎn)變過程中糊狀區(qū)不同階段的流動行為。建立了氣液固多相流數(shù)學(xué)模型,用于計算充型過程中“空氣-金屬液-已凝固金屬”三相間的... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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002~2016年中國鑄件產(chǎn)量及增長率變化情況

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文本文將上述缺陷歸結(jié)為成形類缺陷，即在鑄造充型過程中可能產(chǎn)生的影響鑄件表面形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)連續(xù)性的一類缺陷。因此，采用數(shù)值模擬手段對鑄造充型過程中成形類缺陷進行深入研究，對提高鑄件整體性能和優(yōu)化鑄造工藝有著十分巨大的價值。

但計算過程中對氣液界面做了簡化處理。因此，最適合考慮氣相對充型過程影響的計算方法是兩相流模型，即同時計算金屬液相與氣相的運動過程。但氣液兩相具有大密度比和大粘度比的相界面，給數(shù)值計算帶來了很大的難度。Tavakoli 等[49]針對鑄造充型過程，提出了基于 VOF 算法的多相流計算模型，采用 Projection 方法同時求解氣液兩相的流動場，并將氣液兩相均視為不可壓縮流體。Chen 等[50]同樣提出了基于 VOF 算法的不可壓縮氣液兩相流動模型，并采用 SOLA算法進行壓力修正。Hao 等[51]將金屬液相視為不可壓縮流體，將氣相視為可壓縮流體，采用 SOLA 算法求解氣相兩相的流動場，并通過 Level Set 算法表征氣液兩相界面。相比單相流模型而言，兩相流模型直接求解氣液兩相的流動場，自然地考慮了氣相的壓力和速度對液相流動的影響，因此，兩相流模型可以直接預(yù)測卷氣缺陷。圖 1-3a~b 為采用單相流模型計算充型過程的結(jié)果，即計算過程中不考慮氣相的影響�？梢钥闯�，充型過程中金屬液內(nèi)部的氣相區(qū)會“憑空消失”。圖 1-3c~d 為采用兩相流模型計算充型過程的結(jié)果，即計算過程中考慮氣相的作用�？梢钥闯觯湫瓦^程中金屬液內(nèi)部的氣相在液相的作用下會發(fā)生運動。

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]鑄造充型過程數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀評述[J]. 劉東戎,楊智鵬,王麗萍,郭二軍.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2016(03)
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[6]基于有限元法的多材質(zhì)鑄造溫度場模擬軟件開發(fā)[J]. 曹流,廖敦明,周聰,陳濤,龐盛永,周建新.  特種鑄造及有色合金. 2015(11)
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博士論文
[1]鑄造充型過程氣液兩相流動數(shù)值模擬的研究[D]. 郝靜.華中科技大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于有限元法的定向凝固過程溫度場數(shù)值模擬的研究[D]. 曹流.華中科技大學(xué) 2015
[2]灰鑄鐵件消失模鑄造過程模擬研究[D]. 張倩.沈陽理工大學(xué) 2012
[3]基于ABAQUS的鑄件準固態(tài)區(qū)熱應(yīng)力場數(shù)值模擬技術(shù)[D]. 張彬.華中科技大學(xué) 2011
[4]鋁合金異形件壓鑄成形工藝的數(shù)值模擬分析[D]. 吳菲.華南理工大學(xué) 2010
[5]消失模鑄造充型過程數(shù)值模擬研究[D]. 陳亞娟.華中科技大學(xué) 2005



本文編號：3515787