本文關鍵詞：基于SPH方法的鑄造充型過程的數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鑄造充型過程作為鑄件成形的重要階段,直接影響著鑄件的成形質(zhì)量。鑄造充型過程中可能產(chǎn)生夾渣、澆注不足等缺陷,由于在傳統(tǒng)的鑄造過程中,其充型過程是不可見的,而通過采用鑄造充型計算機數(shù)值模擬計算技術,可以預測充型過程中金屬液的流動狀態(tài),從而優(yōu)化鑄件工藝設計和參數(shù),保障鑄件產(chǎn)品質(zhì)量,克服試制周期長、質(zhì)量控制難、試制成本高等缺點。所以進行鑄造充型過程數(shù)值模擬研究具有十分重要的科學價值和應用前景�，F(xiàn)行的鑄造充型過程數(shù)值模擬多采用FEM或FDM等基于網(wǎng)格的數(shù)值模擬計算方法,但是基于有網(wǎng)格的數(shù)值模擬方法通常難以處理極大網(wǎng)格變形和運動交界面追蹤等問題,且大多不能有效的進行鑄造充型過程多相流動的計算。光滑粒子流體動力學即SPH方法是一種純Lagrange形式的無網(wǎng)格粒子法,它在處理自由表面、運動交界面以及多相流問題上較基于網(wǎng)格的計算方法有著巨大的優(yōu)勢。SPH方法在鑄造數(shù)值模擬計算領域的研究相對較少,需要進一步探討研究,所以該數(shù)值模擬方法有著巨大的發(fā)展前景。本文主要在以下幾個方面對SPH方法在鑄造充型過程的數(shù)值模擬應用進行了研究:在系統(tǒng)的研究SPH的基本原理基礎上,推導出符合金屬液充型流動過程的質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒等控制方程的SPH方法的粒子離散形式,并對控制方程進行了相應的修正。建立了SPH方法在鑄造充型過程中邊界固壁粒子模型、粒子搜索方法、光滑函數(shù)選取,時間積分等計算優(yōu)化修正方法。在建立SPH方法數(shù)學模型的基礎上,基于FORTRAN語言,開發(fā)出了鑄造充型過程的計算機數(shù)值模擬程序。通過建立的計算機程序,我們對Benchmark鑄件的充型過程進行了數(shù)值模擬計算,將計算的結果同實際的澆注充型過程做了對比和分析,對計算結果粒子的密度場進行了分析,計算結果符合金屬液的不可壓縮性特性。并與鑄造數(shù)值模擬軟件Win-Cast數(shù)值模擬計算結果相比較,基于建立的SPH計算程序數(shù)值模擬結果和實驗結果更加一致,表明了建立的SPH計算程序的優(yōu)勢�；赟PH計算程序計算結果、實驗結果以及Win-Cast數(shù)值模擬計算結果對比表明了建立的SPH數(shù)值模擬計算程序有效性和可靠性。對SPH方法在鑄造充型過程的固液兩相流模型進行了研究。建立了固液兩相流的數(shù)學模型和計算機程序�；谠摮绦�,對一個簡化的渣團模型隨金屬液流動充型過程進行了數(shù)值模擬計算,分析了渣團隨金屬液的流動過程,并將充型結束后,渣團的位置和實際的澆注結果相對比。對比結果顯示,基于建立的SPH計算程序數(shù)值模擬結果和實驗結果中渣團的運動和最終所處鑄件位置基本一致。驗證了所建立的SPH鑄造充型過程固液兩相流模擬計算程序可行性。
【關鍵詞】：鑄造充型 光滑粒子流體動力學 固液兩相流 數(shù)學模型 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG24
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 鑄造充型過程數(shù)值模擬方法研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 基于網(wǎng)格的有限元數(shù)值模擬方法12-13
• 1.2.2 基于網(wǎng)格的有限差分數(shù)值模擬方法13-15
• 1.3 無網(wǎng)格SPH方法數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 基于SPH方法的不可壓縮流的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 SPH方法在自由表面和多相流的研究現(xiàn)狀16
• 1.3.3 SPH方法在鑄造充型過程的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文選題意義和主要研究內(nèi)容17-19
• 1.4.1 選題意義17
• 1.4.2 研究內(nèi)容17-19
• 第二章 SPH方法的基本理論19-35
• 2.1 SPH方法的基本思想19-20
• 2.2 SPH方法的近似方法20-23
• 2.2.1 SPH函數(shù)積分表示方法20-22
• 2.2.2 SPH函數(shù)的導數(shù)積分近似過程22
• 2.2.3 SPH方法的粒子近似過程22-23
• 2.3 SPH方法的核函數(shù)23-30
• 2.3.1 SPH方法核函數(shù)的特性及構造方法23-24
• 2.3.2 SPH方法的常用核函數(shù)24-30
• 2.4 SPH粒子搜索方法30-33
• 2.4.1 全配對粒子搜索法30-31
• 2.4.2 鏈表粒子搜索法31-32
• 2.4.3 樹形粒子搜索法32-33
• 2.5 本章小結33-35
• 第三章 SPH方法鑄造充型過程數(shù)值模擬建模35-59
• 3.1 引言35
• 3.2 拉格朗日型的流體動力學基本控制方程35-36
• 3.3 SPH控制方程以及離散形式36-39
• 3.3.1 SPH形式的質(zhì)量守恒方程36-38
• 3.3.2 SPH形式的動量守恒方程38
• 3.3.3 SPH形式的能量守恒方程38-39
• 3.4 SPH方法鑄造充型過程相關數(shù)值處理方法39-47
• 3.4.1 人工粘度39-40
• 3.4.2 人工壓縮率40-41
• 3.4.3 可變光滑長度41-42
• 3.4.4 固壁邊界構建42-45
• 3.4.5 光滑函數(shù)的修正45-46
• 3.4.6 密度重新初始化46
• 3.4.7 時間積分46-47
• 3.5 SPH方法FORTRAN語言程序的實現(xiàn)47-49
• 3.6 BENCHMARK件充型過程數(shù)值模擬計算及實驗對照49-56
• 3.6.1 Benchmark件鑄造充型過程與實驗過程對比50-53
• 3.6.2 基于Win-Cast的Benchmark件充型過程結果53-55
• 3.6.3 Benchmark件充型過程中密度場分析55-56
• 3.7 本章小結56-59
• 第四章 SPH方法鑄造充型過程固液兩相流的研究59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 SPH方法充型過程固液兩相流模型的研究59-66
• 4.2.1 充型過程固液兩相流模型建立60-61
• 4.2.2 充型過程固液兩相流模型方案的實現(xiàn)61-63
• 4.2.3 充型過程簡化固液兩相流模型的模擬結果及分析63-66
• 4.4 本章小結66-69
• 第五章 結論與展望69-71
• 5.1 本文的主要工作及結論69-70
• 5.2 進一步工作的展望70-71
• 參考文獻71-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文80

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