鑄造充型凝固過程數(shù)值模擬系統(tǒng)及應(yīng)用

前言
上篇鑄造充型凝固過程數(shù)值模擬理論與方法
第1章鑄造數(shù)值模擬技術(shù)概述2
1.1鑄造數(shù)值模擬技術(shù)簡介2
1.2鑄造數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2
1.2.1已實用化的鑄造數(shù)值模擬技術(shù)2
1.2.2正在發(fā)展中的鑄造數(shù)值模擬技術(shù)11
1.3鑄造數(shù)值模擬技術(shù)工程化發(fā)展趨勢18
1.3.1高精度缺陷定量化預(yù)測技術(shù)19
1.3.2熱物性參數(shù)反求技術(shù)19
1.3.3智能化鑄造工藝設(shè)計與優(yōu)化技術(shù)21
1.3.4鑄造全流程模擬與數(shù)字化管理融合21
第2章鑄造數(shù)值模擬方法基礎(chǔ)23
2.1有限差分法23
2.1.1原理介紹23
2.1.2離散方法25
2.2有限元法28
2.2.1原理介紹28
2.2.2離散方法29
2.3有限體積法33
2.4其他數(shù)值模擬方法34
第3章鑄造充型過程流動場數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解35
3.1流體基本概念35
3.2充型過程流動場數(shù)學(xué)模型35
3.3充型過程流動方程求解方法37
3.4充型過程流動前沿追蹤方法38
3.5充型過程流動場數(shù)學(xué)模型離散41
3.5.1流動方程的離散41
3.5.2體積函數(shù)（VOF）的離散44
3.5.3SOLA-VOF方法44
3.6充型過程流動場數(shù)值模擬流程設(shè)計46
第4章鑄造充型過程相關(guān)缺陷預(yù)測方法47
4.1鑄造充型過程卷氣預(yù)測方法47
4.1.1卷氣缺陷預(yù)測數(shù)學(xué)模型47
4.1.2壓鑄件氣體定量預(yù)測算例49
4.2鑄造充型過程夾渣預(yù)測方法54
4.2.1無質(zhì)量粒子流體運動數(shù)值模擬方法54
4.2.2無質(zhì)量粒子數(shù)值模擬算例56
4.2.3有質(zhì)量粒子流體運動數(shù)值模擬
方法57
4.2.4有質(zhì)量粒子數(shù)值模擬算例59
4.3鑄造充型過程合金氧化預(yù)測方法61
4.3.1合金氧化數(shù)學(xué)模型61
4.3.2合金氧化數(shù)值模擬算例62
4.4鑄造充型過程冷隔與澆不足預(yù)測方法64
4.4.1流動與溫度耦合數(shù)學(xué)模型64
4.4.2流動與溫度耦合數(shù)值求解64
4.4.3流動與溫度耦合數(shù)值模擬算例65
4.5鑄造充型過程型壁沖擊力預(yù)測方法67
4.5.1型壁沖擊力數(shù)學(xué)模型67
4.5.2型壁沖擊力數(shù)值模擬算例68
第5章鑄造凝固過程溫度場數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解70
5.1傳熱基本概念70
5.1.1熱傳導(dǎo)70
5.1.2熱對流70
5.1.3熱輻射71
5.2凝固過程溫度場數(shù)學(xué)模型71
5.2.1傅里葉定律71
5.2.2凝固過程溫度場數(shù)學(xué)模型71
5.3凝固過程溫度場數(shù)學(xué)模型離散73
5.3.1二維場合的離散格式73
5.3.2三維場合的離散格式74
5.3.3初始條件與邊界條件75
5.4凝固過程潛熱處理方法77
5.4.1潛熱定義77
5.4.2等價比熱容法79
5.4.3熱焓法80
5.4.4溫度回升法80
5.4.5改進(jìn)等價比熱容法80
5.4.6灰鑄鐵凝固過程相變潛熱處理方法83
5.5凝固過程發(fā)熱材料處理方法84
5.6凝固過程溫度場數(shù)值模擬流程設(shè)計87
第6章鑄造凝固過程縮孔缺陷預(yù)測方法88
6.1縮孔預(yù)測方法簡介88
6.2重力鑄造凝固過程動態(tài)壓力縮孔預(yù)測方法88
6.2.1孤立液相區(qū)邊界判據(jù)89
6.2.2保守力場內(nèi)縮孔分布規(guī)律91
6.2.3縮孔的生長演變過程95
6.2.4重力鑄造動態(tài)壓力縮孔預(yù)測模型97
6.3立式離心鑄造凝固過程動態(tài)壓力縮孔預(yù)測方法98
6.3.1立式離心鑄造熔融金屬液的受力分析99
6.3.2立式離心鑄造縮孔分布規(guī)律101
6.3.3立式離心鑄造動態(tài)壓力縮孔預(yù)測模型103
6.4動態(tài)壓力縮孔預(yù)測方法的重力鑄造實驗驗證105
6.4.1重力鑄造U形鑄件實驗設(shè)計105
6.4.2重力鑄造U形鑄件實驗實施106
6.4.3重力鑄造U形鑄件模擬與實驗結(jié)果109
6.4.4重力鑄造U形鑄件模擬與實驗結(jié)果分析113
6.5動態(tài)壓力縮孔預(yù)測方法的立式離心鑄造實驗驗證114
6.5.1離心鑄造U形鑄件實驗設(shè)計114
6.5.2離心鑄造U形鑄件實驗實施115
6.5.3離心鑄造U形鑄件實驗與模擬結(jié)果116
6.5.4離心鑄造U形鑄件改進(jìn)方案模擬與實驗結(jié)果分析119
6.6動態(tài)壓力縮孔預(yù)測方法的應(yīng)用124
6.6.1重力鑄造箱蓋鑄件應(yīng)用案例124
6.6.2立式離心鑄造柱栓鑄件應(yīng)用案例126
第7章鑄造凝固過程其他相關(guān)數(shù)值模擬及缺陷預(yù)測128
7.1鑄造凝固過程應(yīng)力場數(shù)值模擬方法128
7.1.1彈塑性力學(xué)基本理論128
7.1.2凝固過程應(yīng)力場數(shù)學(xué)模型133
7.1.3凝固過程應(yīng)力場離散求解134
7.1.4凝固過程應(yīng)力場算例135
7.2鑄造凝固過程濃度場數(shù)值模擬方法141
7.2.1凝固過程成分偏析141
7.2.2 凝固過程濃度場數(shù)學(xué)模型及離散143
7.2.3凝固過程濃度場算例146
7.3鑄造凝固過程微觀組織數(shù)值模擬方法151
7.3.1凝固過程微觀組織模擬基本方法151
7.3.2凝固過程微觀組織模擬數(shù)學(xué)模型153
7.3.3凝固過程微觀組織算例158
第8章鑄造數(shù)值模擬前處理網(wǎng)格劃分方法162
8.1結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法162
8.1.1均勻網(wǎng)格劃分方法162
8.1.2非均勻網(wǎng)格劃分方法163
8.2基于四面體的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法167
8.2.1四面體網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)167
8.2.2四面體網(wǎng)格劃分原理與方法167
8.2.3四面體網(wǎng)格劃分實例169
8.3基于八叉樹的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法171
8.3.1八叉樹網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)171
8.3.2八叉樹網(wǎng)格劃分方法171
8.3.3八叉樹網(wǎng)格劃分實例174
第9章鑄造數(shù)值模擬后處理數(shù)據(jù)可視化方法178
9.1基于GDI的后處理數(shù)據(jù)可視化方法178
9.1.1GDI繪圖原理178
9.1.2GDI繪圖實例179
9.2基于OpenGL的后處理數(shù)據(jù)可視化方法179
9.2.1OpenGL繪圖原理179
9.2.2OpenGL顯示實例180
9.3基于3D技術(shù)的后處理數(shù)據(jù)可視化方法182
9.3.13D顯示技術(shù)概述182
9.3.2紅藍(lán)3D顯示技術(shù)182
9.3.3偏振3D顯示技術(shù)183
9.3.4裸眼3D顯示技術(shù)184
第10章鑄造數(shù)值模擬其他相關(guān)技術(shù)187
10.1鑄造數(shù)值模擬工藝自動優(yōu)化技術(shù)187
10.1.1優(yōu)化方法簡介187
10.1.2鑄造工藝自動優(yōu)化方法算例189
10.2熱物性參數(shù)反求技術(shù)196
10.2.1基于GA-BP模型的材料熱物性參數(shù)反求流程196
10.2.2熱物性參數(shù)反求方法應(yīng)用實例198
10.3鑄造數(shù)值模擬高效并行計算技術(shù)201
10.3.1鑄造數(shù)值模擬CPU并行計算技術(shù)201
10.3.2鑄造數(shù)值模擬GPU并行計算技術(shù)205
下篇鑄造充型凝固過程數(shù)值模擬軟件及應(yīng)用
第11章華鑄CAE系統(tǒng)概述212
11.1系統(tǒng)簡介212
11.2系統(tǒng)主要特點214
11.2.1控制平臺主要特點214
11.2.2前處理模塊主要特點214
11.2.3計算分析模塊主要特點215
11.2.4后處理模塊主要特點216
11.3系統(tǒng)安裝216
11.3.1安裝說明216
11.3.2安裝環(huán)境216
11.3.3安裝過程217
11.3.4其他問題217
11.3.5網(wǎng)絡(luò)版安裝218
第12章華鑄CAE系統(tǒng)控制平臺模塊220
12.1控制平臺模塊簡介220
12.2工程操作220
12.2.1新建工程220
12.2.2打開舊工程221
12.2.3工程庫維護(hù)222
12.3模塊運行224
12.4系統(tǒng)設(shè)置224
12.5輔助功能225
12.6綜合監(jiān)控225
第13章三維造型應(yīng)注意的問題227
13.1CAD系統(tǒng)的選擇227
13.2華鑄CAE系統(tǒng)對三維造型工作的要求227
13.3“優(yōu)先級別”功能的應(yīng)用228
13.4砂箱的輸入與合適吃砂量的確定229
13.5特種鑄造三維造型的注意事項229
13.6“任意絕熱（對稱）”計算技術(shù)的應(yīng)用229
13.7STL輸出規(guī)則230
13.8鑄件/鑄型三維裝配模型STL實例230
13.9STL預(yù)覽/裝配/造型231
13.9.1主窗口菜單232
13.9.2工具欄233
第14章華鑄CAE系統(tǒng)前處理模塊237
14.1前處理模塊簡介237
14.2任務(wù)規(guī)劃238
14.2.1新建任務(wù)238
14.2.2STL選擇（STL賦材質(zhì)屬性）240
14.2.3優(yōu)先級別選擇241
14.2.4網(wǎng)格參數(shù)241
14.2.5其他參數(shù)243
14.3網(wǎng)格剖分244
14.4結(jié)果顯示246
14.5輔助功能247
14.5.1剖分結(jié)果旋轉(zhuǎn)247
14.5.2剖分結(jié)果檢查247
14.5.3華鑄相機248
14.5.4查詢/清除248
14.6疑問解答249
第15章華鑄CAE系統(tǒng)計算分析模塊252
15.1計算分析模塊簡介252
15.2新計算任務(wù)規(guī)劃253
15.2.1純凝固傳熱計算253
15.2.2純充型流動計算260
15.2.3充型與傳熱耦合計算263
15.2.4基于耦合的凝固計算263
15.3舊任務(wù)打開及多任務(wù)規(guī)劃264
15.3.1單任務(wù)打開265
15.3.2多任務(wù)計算265
15.4計算控制265
15.5顯示控制266
15.6參數(shù)設(shè)置266
15.7數(shù)據(jù)庫管理267
15.7.1物性參數(shù)庫267
15.7.2計算參數(shù)庫268
15.7.3計算任務(wù)庫269
15.7.4涂料數(shù)據(jù)庫269
15.7.5過濾網(wǎng)數(shù)據(jù)庫269
15.8輔助功能270
15.8.1計算任務(wù)查詢/刪除270
15.8.2計算信息查詢270
15.9系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)問題的處理270
15.10低壓鑄造計算271
15.10.1低壓澆注參數(shù)設(shè)置271
15.10.2冷卻介質(zhì)參數(shù)庫272
15.10.3冷卻工藝參數(shù)設(shè)置272
15.10.4低壓鑄造多循環(huán)/冷卻控制272
15.11高壓鑄造計算273
15.11.1高壓澆注參數(shù)設(shè)置273
15.11.2高壓鑄造多循環(huán)/冷卻控制273
15.12重力金屬型鑄造計算274
15.13重力復(fù)雜澆注工藝參數(shù)設(shè)置274
15.14橫（斜）澆立冷工藝參數(shù)設(shè)置275
15.15熱物性參數(shù)逆向工程276
15.16與其他系統(tǒng)接口277
第16章華鑄CAE系統(tǒng)后處理模塊279
16.1后處理模塊簡介279
16.2后處理相關(guān)術(shù)語與基本概念280
16.3主菜單288
16.3.1文件功能288
16.3.2數(shù)值畫面288
16.3.3視圖調(diào)整326
16.3.4色彩選擇326
16.3.5動畫集成327
16.3.6磁盤清理329
16.3.7欄目選項330
16.3.8外部功能與在線幫助331
16.4后處理浮動菜單332
16.5后處理工具條332
16.6后處理工程欄335
16.7狀態(tài)條336
16.8后處理鍵盤功能336
16.9后處理鼠標(biāo)功能337
16.9.1數(shù)值鼠標(biāo)功能337
19.9.2拖動旋轉(zhuǎn)、縮放、平移功能337
16.9.3直接剖切功能338
16.9.4等值剝離顯示功能338
16.9.5色標(biāo)選擇功能338
16.9.6色標(biāo)映射區(qū)間調(diào)整338
16.9.7鑄件與材質(zhì)名稱編輯功能338
16.9.8區(qū)域統(tǒng)計列表功能339
16.9.9鼠標(biāo)滾輪功能339
16.10后處理無模式框339
16.10.1總控按鈕339
16.10.2圖形類型選擇339
16.10.3數(shù)據(jù)文件樹結(jié)構(gòu)340
16.10.4圖形參數(shù)標(biāo)簽頁340
第17章鑄造缺陷判斷與工藝優(yōu)化341
17.1縮孔、縮松341
17.1.1縮孔、縮松計算時注意的問題341
17.1.2縮孔、縮松缺陷的分析步驟341
17.1.3對鑄鐵件缺陷預(yù)測的思考345
17.1.4工藝優(yōu)化實例346
17.2卷氣、夾渣347
17.3澆不足、冷隔348
第18章華鑄CAE系統(tǒng)其他輔助模塊350
18.1自動報告生成模塊350
18.2自動結(jié)果整理模塊352
18.3資源管理模塊355
18.3.1菜單欄355
18.3.2工具欄355
18.3.3搜索工具欄357
18.3.4樹視圖區(qū)358
第19章華鑄CAD/CAE一體化模塊359
19.1華鑄CAD/CAE一體化模塊簡介359
19.2任務(wù)規(guī)劃360
19.2.1路徑配置360
19.2.2新建工程360
19.2.3材質(zhì)賦值360
19.2.4前置處理361
19.2.5網(wǎng)格剖分362
19.2.6模擬類型選擇362
19.2.7模擬計算363
第20章華鑄CAE系統(tǒng)應(yīng)用實例364
20.1砂型鑄鋼件應(yīng)用實例364
20.2熔模鑄鋼件應(yīng)用實例373
20.3球墨鑄鐵件應(yīng)用實例378
20.4灰鑄鐵件應(yīng)用實例390
20.5銅合金鑄件應(yīng)用實例396
20.6鋁合金鑄件應(yīng)用實例402
20.7壓鑄件應(yīng)用實例413
參考文獻(xiàn)422