FLUENT薄板型铸造件型腔充填过程数值模拟
基于ANSYS软件二次开发的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟研究
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。
铸造充型过程的数值模拟
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
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。
操纵壳体压铸充型和凝固过程的数值模拟
模具预热温度/℃ 140 180 220
评判指标：充型时间和凝固时间 。分析可以看出，模 具预热温度对充型时间影响显著；模具温度越高，充 填时间越短；速度转换位移和压射速度影响基本相当； 并通过3种因素的极差R分析比较发现，在试验取值范 围内，工艺参数对压铸件凝固时间影响最大的是压射 速度，其次是速度转换位移，模具预热温度影响最小。 凝固时间随速度转换位移与模具预热温度而增大，随 着压射速度的增大，凝固时间由大减小 。并对充型时 间和凝固时间衡量采用综合评分法，得出影响因素主 次为B、A、C，最优组合为B1A1C2。
meshmodelsteeringshelladc12铝合金化学成分tablechemicalcompositionadc12aluminumalloysi96120fe10cu2235mn05mg03ni05zn10sn02ti03pb015单个01合计02al余量其他杂质材料的热物性参数tablethermophysicalparametersmaterials材料adc12h13密度gcm3277367液相线温度580491固相线温度515比热容kjkg1096046潜热kjkg1热导率wm192280723初始条件及边界条件的处理231初始条件在铸造过程中由于金属液充填型腔的过程是非定常流动因此需要给出初始条件才能完成金属液的流动速度场和压力场的求解过程
（ Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Research Institute , Baoji 722409，Shaanxi, China ）
Abstract： Based on the orthogonal experiment, the technology parameters of aluminum alloy steering shell were simulated and analyzed by using of with the MAGMA casting simulation software. The optimal process parameters were chosen, namely, the injection speed is 3.0 m/s, the speed conversion displacement is 500 mm, the mold temperature is 180 ℃. The process parameters of simulation were rationality through production test. The reliability of numerical simulation was proved. Key words：die casting；orthogonal testing；numerical simulation；filling and solidification
基于fluent的重力铸造充型凝固过程数值模拟研究
体和气体两相,自由表面移动前沿较为分明.
(
２)熔体到 达 横 浇 道 后 继 续 向 两 侧 充 填,直 浇 道
液体体积分数增大,但仍小于 １,两侧试 棒 底 端 液 体 体
积分数为 １,没有产生浇不足现象;此时 熔 体 由 内 浇 口
进入试棒进行反重力充填,液面较为平缓,无熔体飞溅
计算方法可以建立熔体在型腔内形态发展的可视化模
型,大大提高了铸造业的发展速度,具有重大学术价值
和工程意义 [２].
铸造过程可以分 为 充 型 和 凝 固 两 个 衔 接 部 分,中
间伴随着流 场、温 度 场 和 物 性 的 变 化 [３].在 模 拟 铸 造
工艺研究方面,很多 人 采 用 专 业 铸 造 软 件 将 充 型 和 凝
固过程分开计算,计算结果的精确性和可靠性较低,学
术价值不高.Pr
oc
a
s
t等 商 业 铸 造 模 拟 软 件 能 够 对 大
多数铸造工艺进行模 拟,在 温 度 场 和 缩 孔 缺 陷 预 测 方
面的应用较为成熟,但 在 计 算 流 场 和 耦 合 场 计 算 上 落
后于 F
l
uen
t.Fl
uen
t提供 了 多 个 专 业 模 块,能 够 解 析
２０２０ 年第 ２ 期 邱常明,等:基于 F
l
uen
t的重力铸造充型凝固过程数值模拟研究
用于黏性流体.其数学形式为:
Əρ ▽( )
(
＋ ρu ＝０ ．
１)
Ə
t
其中:
kg/m３ ;
u 为流 体 的 速 度,
m/s;
t
液态成型充型过程数值模拟仿真技术
SIMPLER法是对SIMPLE法的改进。求解压力场和速度 场的另一种迭代方法是美国LosAlamos实验室的研究人员 提出的SOLA (Solution Algorithm)方法，目前铸件充型 过程流场数值模拟常采用这种方法。
上述方程的离散现已发展了许多类型的高精度格式， 如T.Hayase等人研究开发了QUICK差分格式，QUICK差分格 式比中心差分和混合差分有更高的精度和数值稳定性。离 散方程的求解方法较多，大多数是通过迭代进行求解，主 要的方法有SOR(Successive Over-Relaxation)、GaussSeidel, Jacobi和PCGM等。
铸造过程数值模拟仿真是利用数值分析技术、数据库 技术和可视化技术，并结合热传导、流动及金属凝固理论 对铸件成形过程进行仿真，以模拟出铸件充型、凝固及冷 却过程中的各种物理场，并据此对铸件进行质量评价的方 法。通过铸造成型过程数值模拟，可以在制造铸造工艺装 备及浇注铸件之前，对各种工艺方案与铸件质量的关系进 行判断，掌握主要铸造缺陷的形成机理，优化铸造工艺参 数，确保铸件质量，缩短试制周期，降低生产成本。铸造 过程仿真被称为今后10年对铸件业影响最大的三大重要技 术之一。
程序，进行模拟计算。
6. 数据处理和模拟计算结果的图形显示输出。
1.3铸件充型过程数值模拟的基本问题
铸件充型过程的数值模拟是一个多学科交叉的研究领 域，它涉及到计算流体力学、传热学、计算机图形学、计 算方法、偏微分方程的数学理论和铸造工艺理论等。铸件 充型过程的流场温度场模拟包括很多内容，如几何实体造 型、计算域的网格划分、流场中速度和压力的求解、充型 过程中自由表面的处理、充型过程紊流的模拟、充型过程 对凝固过程的影响、充型过程对铸造缺陷形成的影响以及 计算结果的可视化等。
基于Fluent的薄钢板对焊过程的数值模拟研究
（． １ 西南交通大学 机械工程学院 ， 四川 成都 ６ １５ ； １７６ ２太原理工大学环境学院 ， ． 山西 太原 ０ ０２ ） ３０ ４
摘 要 ： 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 ， 立 金 建
文献标识码： Ａ
文 章 编 号 ：０Байду номын сангаас６ ８３ （０ １ １— ０ １ ０ １０ — ９７ ２ １） ６ ０９ — ２
焊接 过程 的热传导 是一个非常复杂 的非稳 态过程 。 极小部分 ， 故对整个导热过程影 响不大 。 钢板 的物性为 常数 ， 围环境温度不变 ， 周 钢板 的对流 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 换 热 系 数不 变 。 际 问题各种各样 ， 边界条件十分 复杂 ， 利用解析 的方法很 因此可 以把 图 ｌ 所示 的问题简化成图 ２所示 的一维 难求解这类微分方程。随着计算机 内存和并行技术的发 非稳态导热 问题 。 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
第 ３ ０卷第 １ ６期
Ｖｏ ．０ Ｎｏ １ １ ．６ ３
Ｔ Ｃ ＮＯ ＯＧ Ｃ 企 Ｄ Ｖ技 Ｏ ＭＥ Ｔ Ｏ Ｎ Ｅ Ｐ ＩＥ Ｅ Ｈ Ｌ Ｉ Ａ 业 Ｅ 术 开 发 Ｅ Ｔ Ｒ Ｒ Ｓ Ｌ Ｅ Ｌ Ｐ Ｎ Ｆ
２１年 ８ ０１ 月
Ａｕｇ２ ．０１１
基于Fluent的薄钢板对焊过程的数值模拟研究
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。