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第33卷第5期四川大学学报(工程科学版)V ol.33N o.5 2001年9月JOURNA L OF SICH UAN UNI VERSITY(E NGI NEERI NG SCIE NCE E DITI ON)Sept.2001 文章编号:100923087(2001)0520047204基于ANSY S软件二次开发的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟研究齐 慧,杨 屹,蒋玉明(四川大学制造科学与工程学院,四川成都610056)摘 要:对于ANSY S软件的通用性和缺乏专业针对性的特点。
采用ANSY S提供的二次开发工具开发了中文界面的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟系统,实现了模块界面简洁和易操作性的预期功能,并证实了以ANSY S为平台开发专业模块的可行性。
关键词:ANSY S;二次开发;充型过程;数值模拟中图分类号:TG702文献标识码:ADeveloping System of Numerical Simulation of Mold Filling B ased on ANSYSQI Hui,Y ANG Yi,JIANG Yu2ming(C ollege of M anu facturing Sci.and Eng.,S ichuau Univ.,Chengdu610065,China)Abstract:According to ANSY S’s features of universality and lack of speciality,a numerical simulation program for m odel2 ing filling process of casting is developed based on ANSY S.The program has terse interface in Chinese.The feasibility of developing special m odules is verified by the practical applications of the simulation system.K ey w ords:ANSY S;redevelop;m old filling;numerical simulation ANSY S软件是融热、电、磁、流体、结构、声学于一体的大型通用有限元分析软件。
铸造充型过程数值模拟的研究进展（****：**学院：材料科学与工程专业：材料工程学号：20131800103二○一四年二月摘要铸造过程计算机数值模拟技术是当今材料科学的重要前沿领域。
本文从铸件充型数值模拟的发展过程、软件的开发状况、计算方法及验证方法等四个方面介绍了国内外铸件充型过程计算机数值模拟的概况。
关键词: 数值模拟; 充型过程; 铸件; 模拟软件AbstractThe technology of computernumerical simulation on casting process is an importangt frontal field of material science and technolgy.The present foreign and domestic research on compter digital simulation of casting process is summarized in the paper from four respects of evolution of numerical simulation of filling processes of castings,development state of software ,method to calculate and method to prove.Key words:numerical simulation ;filling process;castings;simulation software目录摘要 (1)Abstract (2)一前言 (1)二数值模拟的国内外发展概况 (1)三充型过程数值模拟技术新进展 (3)四铸造模拟软件的开发状况 (3)五充型过程数值模拟的计算方法 (4)4.1充型过程液体流动的数值模拟 (4)4.2 充型过程卷入缺陷的数值模拟 (5)六充型过程实验研究 (6)七结论与展望 (7)参考文献 (8)1 前言铸件充型过程数值模拟是随着电子计算机技术的飞速发展而发展起来的一种现代铸造工艺研究方法。
数值模拟在铸造充型及凝固过程的应用进展摘要：综述了铸造过程中数值计算的基本理论，简要介绍了铸造充型及凝固当前国内外发展状况以及所存在的问题，并对铸造过程数值模拟的相关软件进行评述。
最后指出合理地利用铸造模拟软件，能够优化铸件的微观组织，提高产品质量，降低产品成本，缩短产品设计和试制周期。
关键词：铸造；充型过程；数值模拟；模拟软件The Application of Numerical Simulation in Mold Fillingand Solidification ProcessAbstract：The basic theory of numerical calculations is summarized, and a brief introduction of the developing situation and existing problems of the casting mold filling and solidification process at home and abroad，reviewed the numerical simulation software of casting process. In the end, it also clearly shows that it can optimize the casting microstructure, improve the quality, decrease the cost and reduce the design and trial cycle for the products by using the numerical simulation software properly.Key words: Casting; Filling and Solidification process; Numerical Simulation; Simulation Software1 前言铸造过程就是将高温的液态金属浇注到封闭的型腔中，通过充型和凝固过程最终获得所需形状铸件的热成形过程。
基于Fluent的薄钢板对焊过程的数值模拟研究摘要：金属平板的焊接过程是一个非常复杂的非稳态传热过程。
对该物理过程进行简化的基础上，建立了数学模型。
利用Fluent软件进行了数字模拟，数据结果显示了金属平板内温度场的分布，弥补了实验手段的不足。
关键词：钢板焊接；温度场；Fluent软件；数值模拟焊接过程的热传导是一个非常复杂的非稳态过程。
傅里叶定律与能量守恒定律导出的导热微分方程和定解条件构成了焊接导热问题的完整的数学描写。
但由于实际问题各种各样，边界条件十分复杂，利用解析的方法很难求解这类微分方程。
随着计算机内存和并行技术的发展，通过计算机获得导热问题的数值解的方法迅速发展。
对物理问题进行数值求解的基本思路是把原来在时间，空间坐标系中连续的物理量的场，用有限个离散点上的值的集合来代替，通过求解一定方法建立起来的关于这些值代数方程，来获得离散点数上被求物理量的值。
计算流体力学（Computational fluid Dynamics，CFD）就是其中一种有效的研究传热问题的数值模拟方法。
1Fluent软件介绍Fluent 软件是目前市场上最流行的CFD 软件。
利用Fluent软件可以计算平板焊接过程的温度场和揭示传热规律。
只要涉及流体，热传递及化学反应问题等工程问题，都可以用Fluent软件求解。
Fluent 程序包括以下几个部分：Gambit 用于建立几何结构和网格的生成；Fluent用于传热流动等模拟计算的求解器；prePDF用于模拟PDF 燃烧过程；TGrid用于从现有的边界网格生成体网格。
Fluent 求解的思路和步骤是首先根据实际情况抽象和建立物理模型,然后选择求解模型,设置边界条件和初始化条件,设置迭代和控制参数,进行计算,经后处理和分析得出结论,或者根据实验结果重新调整参数进行再计算直至达到可接受的结果。
2两块薄钢板焊接过程热传导的数学模型为对两块平板的对接焊过程（图1）进行数值计算，对其物理过程做以下简化处理：钢板中的温度仅是x及时间τ的函数。
铸造过程的数值模拟1零件分析本次铸造过程的数值模拟所用的零件为方向盘，该零件结构复杂，并且在实际使用过程中，需要承受较大的扭转力，因此选用镁合金并采用压铸工艺。
此项工作需要在方向盘上建立合适的浇注系统和溢流槽，进行充型模拟，得到合理的压铸方案。
在建立浇注系统之前，需要合理选择分型面，然后选择浇注系统的内浇口位置，待浇注系统建立好之后，进行一次预模拟，从而确定溢流槽的数量和位置。
2工艺设计2.1浇注系统该铸件的分型面为铸件的最大截面，选定的浇注系统在铸件上的位置如下图所示。
rr 口斗+带〒 *”斗-T已知数据有：压室直径60mm，压室速度0.1m/s-3m/s，铸件材料AM50A，方向盘质量595g，压射温度685C。
查表取值：AM50A 镁合金密度1.75g/cm3;充填时间t= 0.05s;内浇口厚度b=2.5mm ;取充填速度v仁50m/s。
铸件的体积v= — = —95 =340000mm 3; P 1.75根据经验，可以取溢流槽的体积为铸件体积的10%，则溢流槽的体积v^ 34000mm3。
计算内浇口面积（V铸件+ V溢流槽）vt 二340 34-50 0.05二149.62mm内浇口宽度s c2 b冲头速度4v 1s 4x 50 x149.6 “ , V222.65 m / snd兀汽60横浇道选用等宽横浇道厚度 bh=10mm ，斜度10°，宽度B=（ 1.25-3）An/bh ;圆角半径 r=2mm ,横浇道宽2度为 30mm 。
增压时间 k=1.5s ，:=0.005 t = k ： b 1.5 0.005 9 = 0.0675s 直浇道的设计因为压室直径为60mm ，因此可以将直浇道与压室相连处的直径设计为 60mm ，直浇道的高度为40mm ，拔模斜度为5 °。
2.2排溢系统根据前面所述，溢流槽的总体积设计为铸件总体积的10%,则v^ 34000mm 3。
FLUENT多孔介质数值模拟设置C=对于不同D/t的不同雷诺数范围被列成不同的表的系数A_p=圆盘的面积（固体和洞)如果你选择在多孔介质中模拟热传导，你必须指定多孔介质中的材料以及多孔性。
要定义多孔介质的材料，向下拉流体面板中阻力输入底下的滚动条，然后在多孔热传导的固体材料下拉列表中选中适当的固体。
另一个处理收敛性差的要领是临时取消多孔介质模型（在流体面板中关闭多孔区域）然后获取一个不受多孔区域影响的初始流场。
取消多孔区域后，FLUEＮT会将多孔区域处理为流体区域并按响应的流体区域来计算。
一旦获取了初始解，或者计算很容易收敛，你就可以激活多孔模型继续计算包罗多孔区域的流场（对于大阻力多孔介质不保举使用该要领）。
这些变量会在后处理面板的变量选择下拉菜谱制定类别中出现。
然后在多孔热传导下设定多孔性。
多孔性f是多孔介质中流体的体积分数（即介质的开放体积分数）。
多孔性用于介质中的热传导预测，处理要领请参阅多孔介质能量方程的处理一节。
它还对介质中的反应源项和体力的计算有影响。
这个源项和介质中流体的体积成比例。
如果你想要模拟完全开放的介质（固体介质没有影响），你应该设定多孔性为1.0。
当多孔性为1.0时，介质的固体部门对于热传导和（或）热源项/反应源项没有影响。
注意：多孔性永远不会影响介质中的流体速率，这已经在多孔介质的动量方程一节中介绍了。
不管你将多孔性设定为何值，，FLUEＮT所预测的速率都是介质中的外貌速率。
对于多孔介质动量源项（多孔介质动量方程中的方程5），如果你使用幂律模型近似，你只要在流体面板的幂律模型中输入系数C_0和C_1就可以了。
如果C_0或C_1为非零值，解算器会忽略面板中除了多孔介质幂律模型之外的所有输入。
定义源项一般说来，在模拟多孔介质时，你可以使用标准的解算步骤以及解参数的设置。
然而你会发现如果多孔区域在流动方向上压降至关大（比如：渗透性a很低或者内部因数C_2很大）的话，解的收敛速率就会变慢。
