热加工过程数值模拟仿真大赛

数值模拟技术在大型锻件出产中的应用摘要数值模拟技术在包管工件质量、减少材料消耗、提高出产效率、缩短试制周期等方面显示出无可比拟的优越性。

在钢锭凝固方面，有限元模拟程序MIPS可以阐发凝固过程中温度场的分布，确定不同时刻凝固前沿的位置，而且能预测缩孔和疏松的位置及尺寸。

使用该程序对220吨钢锭的出产工艺进行优化，成功地解决了疏松进入锭身的问题。

在锻造方面，已开发出了基于ANSYS的三维大变形弹塑性、弹粘塑性程序，可以阐发复杂的三维金属塑性成形问题。

热处置专用软件NSHT不仅可以阐发加热、淬火及回火过程中温度场分布，而且可以给出应力的分布及相态的变化过程，并已在实际出产中取得了成功。

前言大锻件出产具有单件、小批的特点。

出产前需要大量的人力和物力筹办原材料、模具或辅具，前期投入相当大，一旦产物报废，将造成很大的损掉，这对工艺制定的合理性提出了很高的要求。

在出产新产物或制定新工艺时，工艺人员往往无法按照经验确定工艺是否合理，只能采用大量尝试的方法进行研究。

由于大型锻件尺寸较大，不成能进行1∶1的实物尝试，而小件尝试有时会与实际出产过程相差过大。

而且物理尝试通常只能给出工艺过程某个阶段的成果，无法全面了解整个工艺过程，具有必然的局限性。

由于大锻件出产的这些特殊性，采用先进的数值模拟技术改变工艺制定过程中仅凭经验决定的现状是具有重要意义的。

1 数值模拟技术在现代制造中的地位和作用随着计算机技术的飞速开展，人类社会已经步入了信息时代。

计算机及网络不仅改变了人们生活方式，也同样改变了传统机械制造的概念与方法。

随着计算机辅助技术(CAX)的广泛应用，计算机已经深入到工业出产的各个环节之中。

一个现代的产物制造过程可以由图1来描述。

当接到出产任务时，首先采用CAD(Computer Aided Design)系统进行产物设计，其设计成果将由CAE(Computer Aided Engineering)系统对其出产工艺的可行性及合理性进行评估，如果其不满足制造要求或所需要成本太高，将返回到CAD系统中进行从头设计：如果通过了CAE的评估，就将采用CAM(Computer Aided Manufacturing)系统进行实际的出产制造。

HRV计算报告沈沉 陶泽平1 问题描述图1为本次竞赛所用空心叶片换热风机的原理图。

换热风机由内层、中层和外层三层圆桶构成，内层圆桶与中层圆桶由空心叶片相连接，并与外层间由非接触式轴封连接。

在使用过程中内层和中层绕轴线做旋转运动，冷、热气则分别从左下方和右上方通过进口流入换热风机。

在叶片的驱动下，热气从中层进口流入换热风机，再流向出口。

同时，冷气进入内层，并在离心力作用下流过叶片，最后从中层和外层间的通道流向出口。

在这个过程中，冷热气之间完成换热。

图1 空心叶片换热风机原理图本报告分别计算分析了换热风机在500rpm、1000rpm、1500rpm转速下的流场以及换热情况并提出了改进方案。

2 计算模型及求解方法本文采用竞赛组织方提供的计算模型，经过适当简化。

划分网格后，总网格数454万，冷热计算域网格分布如表1。

冷热计算域之间采用传热界面模型。

表1 Mesh InformationDomain Nodes Elementscold3688221855435hot 4855312685363计算模型如表2。

表2 Domain PhysicsDomain Motion RotatingAngular Velocity -500 [rpm] -1000 [rpm] -1500 [rpm]Reference Pressure 1.0000e+00 [atm]Heat Transfer Model Thermal EnergyTurbulence Model SSTDomain InterfaceInterface Type Fluid FluidInterface Models General ConnectionHeat Transfer Conservative Interface Flux Material AluminiumHeat Transfer Interface Model Thin MaterialThickness 2.0000e-03 [m] Mass And Momentum Side DependentMesh Connection GGI计算边界条件如表3。

基于虚拟仿真技术的实验教学平台设计罗晓东;尹立孟;王青峡;许文林【摘要】虚拟仿真技术可以逼真地模拟现实世界的事物和环境,有利于培养学生在专业课实验环节的创新实践能力,提高实验教学的效果.针对当前材料成型及控制工程实验教学中存在的相关问题,提出虚拟实验教学平台的设计,并针对性地分为专业基础、软件基础、基础仿真训练和综合仿真训练四个模块,循序渐进地深入教学的各个环节,从点到面,由浅入深,有序地完成学校无法完成的各种轧制环节.并以特种轧制工艺模拟仿真研究为例,分析建模的过程,并进行工艺仿真.通过长期的教学实践,发现借助于该教学平台,可解决本专业设备台套数不足、成本高等问题,同时能有效激发学生的学习兴趣,提高学生实际操作能力.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】4页(P104-107)【关键词】虚拟仿真;材料成型及控制工程;实验教学;模块教学;案例分析【作者】罗晓东;尹立孟;王青峡;许文林【作者单位】重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆 401331;重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆 401331;重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆 401331;重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆 401331【正文语种】中文【中图分类】TB31;TG33实验教学作为理论联系实际的重要组成部分, 对于培养学生动手能力、工程实践能力和创新精神都有十分重要的作用[1-3]。

重庆科技学院是一所省属特色突出的工科院校,材料成型及控制工程专业作为校级特色专业，背靠冶金，以轧制为主要发展方向，面向钢铁企业，培养板型管的专业技术人才，实验教学质量的提高对于实现“具有创新精神的应用型高级专门人才”的培养目标显得尤为重要[4-6]。

传统的实验方法和手段[7-8]通常是由教师对整个实验进行讲解，对实验中容易出现的问题进行解释，学生按教师的讲解重复实验，记录数据，撰写实验报告，而教师批改学生的实验报告记分为主，导致了学生只重视实验报告，没有学会提出问题，分析问题，解决问题的能力。

淬火过程的计算机模拟
张津;喻奇
【期刊名称】《国外金属热处理》
【年(卷),期】1995(016)001
【摘要】本文概述了计算机辅助预测淬火后硬度分布和基本原理；叙述了影响这种预测精度的因素；特别强调在计算冷却曲线时要利用有效的热传导数据；比较了在两种情况下实测和预测的冷却曲线。

一种情况为热传导系数是常数，另一种情况为热传导系数作为实际热流的函数。

【总页数】4页(P32-35)
【作者】张津;喻奇
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.3
【相关文献】
1.网带炉及织针淬火加热过程的计算机模拟 [J], 丁浩;陈海燕;朱世根
2.圆柱齿轮淬火过程温度场的计算机模拟 [J], 张桂霞;夏双林;李强;刘丽军
3.基于ANSYS的丝锥淬火冷却过程计算机模拟 [J], 韩斌慧;阎献国
4.基于有限元分析的计算机模拟技术在淬火工艺过程中的应用 [J], 李强;刘丽军;张桂霞;尚珂
5.淬火过程应力场的计算机模拟 [J], 史东丽;朱菊香
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引言热轧过程计算机模拟主要包括四个方面的功能,即:( 1 )模拟轧件、轧辊温度分布;( 2 )模拟应力、应变分布,求解轧制力、轧制力矩、功率、变形抗力;( 3)模拟轧件奥氏体晶粒尺寸及γ→α相变过程的组织变化:( 4 )预报轧件最终的机械性能(屈服强度,延伸率和硬度) <1,2 > 。

上世纪70年代,国外开始金属轧制过程中微观组织模拟的研究。

Sheffield大学的Sellars等人研究了C -Mn钢和含Nb钢热轧过程的微观组织演变,并首次提出板材从再加热到相变结束过程中组织演变的数学模型<3 > 。

80年代,我国开始热轧过程计算机模拟研究。

预测和控制热轧带钢组织与性能的意义在于:利用数学模型对热轧过程中的传热、应力—应变、组织变化等现象进行计算机预演与再现,从而优化钢种组分及轧制工艺,控制轧件性能、质量<4> 。

热轧过程的微观组织—性能模拟,是有限元数值模拟技术和工程优化理论在金属塑性成形领域中的应用和发展。

2热轧过程中微观组织模拟及试验方法在早期,优化金属塑性成形过程的基本方法是将主要工艺参数作为优化设计变量,而目标是产品中的温度分布均匀性。

随着组织模拟与优化研究的深入,目前将平均晶粒尺寸与实际晶粒尺寸之差定义为优化工作的最终目标,即把目标函数定义为所有单元体的晶粒尺寸与最终轧件的平均晶粒尺寸的均方差<5> 。

如图l 所示,在热轧流程中,加热过程使钢完全奥氏体化,包括碳氮化合物的溶解和奥氏体晶粒长大;在轧制及轧制间隙,钢坯发生奥氏体的回复和再结晶。

同时,组织变化影响材料的变形抗力;轧后冷却时,金属发生奥氏体相变和碳氮化合物的析出;最终产品的力学性能可由室温下金属的微观组织计算得到。

因此,描述轧制过程微观组织演变的物理冶金模型主要包括4个子模型:奥氏体再结晶模型、碳氮化合物析出模型、奥氏体相变模型和组织与性能对应关系模型<4> 。

图l热轧过程微观组织及性能预报模型流程图成熟的有限元软件在塑性力学方面可保证很高的精度,模拟的误差主要取决于边界条件和材料特征值是否正确。

第五届材料与热加工物理模拟及数值模拟国际学术会议第一轮
通知
佚名
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2006(30)12
【摘要】自1990年以来,在国家自然科学基金委、王宽城教育基金会、美国 TMS 协会、美国动态科技联合体(DSI)及哈尔滨工业大学的支持下,由中国机械工程学会主办的'材料与热加工物理模拟及数值模拟国际学术会议'在我国已连续举办了四次,会议规模越来越大,论文水平也逐步提高,产生了良好的国际影响。

依照2004年上海会议的约定,定于2007年10月23日至27日在河南郑州(郑州市黄河迎宾馆)举办'第五届材料与热加工物理模拟及数值模拟国际学术会议'。

预计将有30多个国家的约300名代表参加。

【总页数】1页(P32-32)
【关键词】热加工;金属压力加工;国际学术会议;物理模拟;数值模拟;数值方法
【正文语种】中文
【中图分类】TH
【相关文献】
1.关于“第七届材料与热加工物理模拟及数值模拟国际学术会议”的通知 [J],
2.第四届材料与热加工物理模拟及数值模拟国际学术会议通知 [J],
3.第六届材料与热加工物理模拟及数值模拟国际学术会议第二轮通知 [J],
4.第六届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议暨第三届Gleeble热模拟技术交流会征文通知(第2轮) [J],
5.第六届材料与热加工物理模拟及数值模拟国际学术会议通知(第一轮) [J],
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活塞热机性能数值模拟
刘巧伶;丁振森
【期刊名称】《装备机械》
【年(卷),期】2018(000)004
【摘要】为研究内燃机中的关键零部件——活塞的工作情况,在CATIA软件中建立活塞的模型,应用ANSYS软件对活塞在机械负荷、热负荷及热机耦合作用下分别进行数值模拟,得到各种负荷下的温度、所承受的应力和总变形,并对模拟结果进行比较分析.结果表明:机械负荷作用下,最大应力出现在头部和销座部位;热负荷作用下,最高温度出现在燃烧室壁与燃烧室底面接触处;热机耦合作用下,大应力区域集中在销座部分.各种负荷下活塞虽能正常工作,但销座部分应力较大,在优化时应重点考虑.
【总页数】7页(P26-32)
【作者】刘巧伶;丁振森
【作者单位】长安大学建工学院西安710064;长安大学汽车学院西安710064【正文语种】中文
【中图分类】TH123
【相关文献】
1.排出器等效机械阻尼对自由活塞斯特林制冷机性能影响的数值模拟 [J], 李小伟;余国瑶;戴巍;罗二仓;陈燕燕
2.结构参数对活塞环一气缸套润滑摩擦性能影响的数值模拟 [J], 周龙;白敏丽;吕继
组
3.扇叶型折流板换热器壳程性能及传热机理的数值模拟 [J], 赵书培;谭国锋;王珂;王永庆;刘遵超;王丹
4.施肥泵活塞关键结构参数对性能影响的数值模拟 [J], 王新坤;夏立平;高世凯;许鹏
5.碳遮光石英气凝胶传热机制与热性能数值模拟 [J], 李东辉;夏新林
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铸造成形工艺过程的数值模拟仿真及其应用王华侨;张颖;费久灿;王德跃【摘要】本文对国内外常用的几款铸造成形工艺模拟仿真软件的功能进行了简要介绍,希望对从事铸造行业的产品设计师、模具设计师、铸造工艺师提供一定的参考借鉴作用,从而为提高企业的铸造工艺水平搭建一个更好的优化设计,以及成形工艺的数字化工艺优化设计、制造、仿真集成的先进平台.【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】6页(P59-64)【作者】王华侨;张颖;费久灿;王德跃【作者单位】中国三江航天集团国营红阳机械厂,湖北孝感,432100;中国三江航天集团国营红阳机械厂,湖北孝感,432100;中国三江航天集团国营红阳机械厂,湖北孝感,432100;中国三江航天集团国营红阳机械厂,湖北孝感,432100【正文语种】中文铸造仿真模拟优化软件是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的，借助于铸造仿真模拟优化软件系统平台，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。

通过模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示充填不足、冷隔、裹气和热节的位置，以及残余应力与变形，准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。

图1所示为铸造仿真模拟分析的典型过程。

本文对国内外常用的几款铸造成形工艺模拟仿真软件华铸CAE/InteCAST、AnyCasting、ProCAST等软件的功能与实例应用进行了简要介绍，希望对铸造行业的产品设计师、模具设计师、铸造工艺师提供一定的参考借鉴作用，从而为提高企业的铸造工艺水平搭建一个更好的优化设计，以及成形工艺的数字化工艺优化设计、制造、仿真集成的先进平台。

HZCAE/InteCAST是中国铸造领域著名的模拟分析系统，是分析和优化铸件铸造工艺的重要工具。

它以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析。

热加工工艺模拟及优化设计技术一、技术概述热加工工艺模拟及优化设计技术是应用模拟仿真、试验测试等手段，在拟实的环境下模拟材料加工工艺过程，显示材料在加工过程中形状、尺寸、内部组织及缺陷的演变情况，预测其组织性能质量，达到优化工艺设计目的的一门崭新技术。

它的研究范围一般可分为：1．热加工过程的数值模拟。

通过建立能准确描述某一热加工工艺过程的数理模型及对数理方程的简化求解，动态显示该过程并预测其结果。

分为宏观（mm-m级）、微观（µm-mm级）、原子（nm-µm级）三个不同的模拟尺度。

2．热加工过程的物理模拟及专家系统。

通过得到准确的临界判据，检验、校核数值模拟的结果；用于影响因素十分复杂的工艺过程，作为数值模拟的必要补充。

3．热加工过程的基础理论及缺陷形成原理。

它是准确地建立过程数理模型，得到缺陷科学判据的研究基础。

二、现状及国内外发展趋势1．国内外发展现状材料热加工工艺模拟研究于1962年开始于铸造过程，进入70年代后，从铸造逐步扩展到锻压、焊接、热处理，在全世界形成了材料热加工工艺模拟的研究热潮。

经多年研究开发，针对常规铸造、冲压、热锻已经形成一批热加工工艺模拟商业软件；并已在铸造、锻压生产中得到一定应用，在注塑、焊接、热处理中的应用刚刚起步；同时数值模拟已逐步成为新工艺研究开发的重要手段和方法。

2．发展趋势展望近年来，热加工工艺模拟不断向广度、深度拓展，其技术发展趋势是：（1）宏观－中观－微观已普遍由建立在温度场、速度场、变形场基础上的旨在预测形状、尺寸，轮廓的宏观尺度模拟（mm-m级）进入到以预测组织、结构、性能为目的的中观尺度模拟（毫米量级）及微观尺度模拟（微米量级）阶段。

（2）单－分散－耦合集成模拟功能已由单一的物理场模拟普遍进入到多种物理场相互耦合集成的阶段，以真实模拟复杂的热加工过程。

（3）共性、通用－专用、特性由于普通铸造、冲压、锻造工艺模拟的日益成熟及商业软件的出现，研究工作的重点和前沿已由共性通用问题转向难度更大的专用特性问题。

基于焊接制造协同管理的信息化平台刘金龙;李江;李海泉【摘要】介绍了一种基于焊接制造协同管理的信息化平台，该平台采用Web技术开发，解决了目前焊接信息化领域数值仿真、焊接设备监控、协同办公系统无法进行数据融合的问题，完成焊接相关数据与文件从工艺设计层、生产执行层到质量检验层的数据传递，实现了焊接制造全流程的信息共享，提高了焊接制造各部门的工作效率，降低了综合管理成本。

【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2016(000)016【总页数】4页(P23-26)【关键词】焊接制造;网络;信息化;焊接工艺;协同管理【作者】刘金龙;李江;李海泉【作者单位】唐山松下产业机器有限公司;唐山松下产业机器有限公司;唐山松下产业机器有限公司【正文语种】中文历年来国内许多学术单位和生产企业在焊接计算机应用和信息化方面做了大量工作，主要集中在以下几方面：①焊接过程的模拟与仿真。

②焊接过程的信息检测与控制。

③焊接生产过程的组织与管理。

在焊接过程的模拟与仿真方面，高校与科研院所开发了基于不同行业的焊接模拟仿真系统并得到了实际应用，在焊接过程的数值模拟，焊接工艺规程制定与评定，焊接材料与母材信息数据库建设方面发挥了重要的作用；焊接过程的信息检测与控制方面主要体现在焊接设备的控制、焊接工艺过程的控制、焊缝跟踪、焊接质量的检测与控制等，随着数字化、网络化技术的发展，国内外焊接设备制造厂家纷纷推出了具有网络功能的焊接设备，通过计算机网络技术对焊接设备的运行过程进行全面检测与控制；焊接生产过程的组织与管理，是指焊接生产企业对产品设计、制造、检验、出厂整个过程中涉及到的原材料、设备、人员的全面管理，如：制造执行系统MES、企业信息管理系统MIS等。

然而，焊接制造过程中的关键因素很多，像工艺设计与仿真，焊接设备的在线管控与数据统计，人员、焊材的计划与分配等因素对焊接制造过程的质量与效率都会产生影响，如何将上述信息化技术发展的几方面技术集成到一起，为焊接制造企业提供统一的数据管理平台，是焊接制造信息化实施要面临的一个主要课题。