温度场在铸造工艺CAD中应用概要.ppt

材料科学与工程学院 缩松预测算法 缩松的形成判据：改进新山判据 * 材料科学与工程学院 缩松预测算法 式中　t f ——凝固时间；V ——被计算铸件某部分的体积；A ——被计算铸件某部分的散热面积 缩松的形成判据：改进新山判据 推导过程 另一方面，由凝固收缩而引起的流动速度u为： 式中　β ——凝固收缩率 * 材料科学与工程学院 缩松预测算法 缩松的形成判据：改进新山判据 推导过程 由（2）（3）式可得 因为冷却速度 又因为金属液在枝晶间的流动属于多孔介质间的流动, 符合达尔西公式, 即 , 所以有 ——流路压力差, 即压力损失 * 材料科学与工程学院 缩松预测算法 缩松的形成判据：改进新山判据 推导过程 由公式(7)可知:G/ R 越小, 就越大,金属液流动所需的压力差就越大, 说明金属液流动的阻力就越大, 对凝固收缩的补缩越困难, 则容易形成缩松。如果取某一临界值Kc (为常数), 使G/ R≤K c 为产生缩松的判据。这就是G/ R 方法的由来。显然, G/ R 只考虑了压力损失的影响,而忽略了压力P的影响。如果铸件的某个部位在凝固过程中, 对此部位进行补缩的金属液在其流路上的压力损失较大, 但此部位有足够的压力使金属液能够克服这一压力损失, 到达需要补缩的凝固部位,则此部位不会产生缩松, 否则将产生缩松。 在凝固过程中的铸件内部, 某一部位的凝固收缩会导致未凝固部位的金属液向此部位流动进行补缩,这一流动是在一定的压力作用下进行的。如果在这一流动的流程上阻力相当大, 即流程压力损失相当大,金属液还没有流到被补缩部位其压力就已经完全损失, 凝固部位得不到补缩而产生缩孔。如果金属液的压力足够大, 能够克服流程压力损失, 凝固部位可以得到金属液的补缩, 则不会产生缩松。 * 材料科学与工程学院 缩松预测算法 缩松的形成判据：改进新山判据 推导过程 P ——当前计算单元的压力；P0——与当前计算单元相邻单元的压力 显然，当P≤0时，金属液流动的压力全部损失殆尽，该单元将得不到相邻单元的补缩而产生缩松，所以满足下式将会产生缩松。 由 可得 * 材料科学与工程学院 缩松预测算法 式中：G ——温度梯度，℃/cm；R——冷却速度，℃/min；K为缩松产生的临界值 为两单元的距离，上下左右为一个空间步长，对角线为 在二维中，需要分别计算次点与周围八个单元中可补缩单元的温度梯度，然后在这八个值中取最大值来判断。即，当只要存在可以进行补缩的单元时，我们便认定他不会产生缩松。 * 材料科学与工程学院 缩松预测算法 式中：G ——温度梯度，℃/cm；R——冷却速度，℃/min ；K为缩松产生的临界值 式中： ——单元当前时刻和一个时间步长后的温度 ——时间步长 K为一个实验测定的数值，在铸钢件中，缩松产生的临界值是 * 材料科学与工程学院 目前工作概况——动态网格技术 动态网格的提出 在模拟计算过程中，一个非常重要的问题就是模拟过程的计算速度和精度。对于现有的设备来说，计算一个几千万网格的铸件，大概需要24个小时（工作站上，8核32个线程）。 对于一个比较大的件进行计算的时候，将铸件分成几千万个网格时，其网格尺寸也可能达到几个毫米甚至几十个毫米，在一些边缘地带，网格将无法准确的描述出铸件的轮廓，在一些薄壁处也可能出现无法计算的情况。 * 材料科学与工程学院 目前工作概况——动态网格技术 动态网格的提出 精度和计算时间总是相悖的，想要提高精度的同时，势必就会需要增加计算的时间，当计算精度提高一倍的时候，也就是空间步长细化一倍，那么网格数将会变成原来的8倍。同时，由于稳定性的计算 我们同样需要将时间步长缩小为原来的4倍，那么计算时间将会是原来的32倍左右。 那么为了在不影响计算时间或者说影响相对较小的前提下，想要提高我们的计算速度，那么变网格技术，即动态网格技术也就此提出。 * 材料科学与工程学院 目前工作概况——动态网格技术 动态网格思路： 在可能出现缺陷的部位，也就是凝固界面前沿处，进行网格的局部细化。在整体的温度场交互过程时，继续采用大网格来进行计算，避免由于稳定性而使整体时间步长减少，而在每个需要细化的网格内部，对小网格进行温度场的重新分配，通过小网格来对缺陷进行判断和标定。 对于不会产生缺陷的小网格，在凝固后将其进行粗化，而产生了缺陷的部位标定为缺陷网格后，不再进行粗化，以小网格的形貌来展示缺陷的最终形貌。通过这种方式，我们就在提高精度的同时，对计算效率没有太大的影响。 * 材料科学与工程学院 目前工作概况——动态网格技术 * 材料科学与工程学院 目前工作概况——动态网格技术 动