铸造数值模拟
铸造凝固过程数值模拟
铸造凝固过程数值模拟-简介1.铸造凝固过程数值模拟1.1 概述在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。
凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。
凝固过程数值模拟可以实现下述目的：1）预知凝固时间以便预测生产率。
2）预知开箱时间。
3）预测缩孔和缩松。
4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。
5）控制凝固条件。
6）为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。
4铸件凝固过程数值模拟开始于60年代，丹麦FORSUND把有限差分法第一次用于铸件凝固过程的传热计算。
之后美国HENZEL和KEUERIAN应用瞬态传热通用程序对汽轮机内缸体铸件进行数值计算，得出了温度场，计算结果与实测结果相当接近。
这些尝试的成功，使研究者认识到用计算数值模拟技术研究铸件的凝固过程具有巨大的潜力和广阔的前景。
于是世界上许多国家都相继开展了铸件凝固过程数据模拟以及与之相关的研究工作。
1.2 数学模型的建立和程序设计液态金属浇入铸型，它在型腔内的冷却凝固过程是一个通过铸型向环境散热的过程。
在这个过程中，铸件和铸型内部温度分布要随时间变化。
从传热方式看，这一散热过程是按导热，对流及辐射三种方式综合进行的。
显然，对流和辐射的热流主要发生在边界上。
当液态金属充满型腔后，如果不考虑铸件凝固过程中液态金属中发生的对流现象，铸件凝固过程基本上看成是一个不稳定导热过程。
因此铸件凝固过程的数学模型正是根据不稳定导热偏微分方程建立的。
但还必须考虑铸件凝固过程中的潜热释放。
基于分析和计算模型开发相应的程序，即可实现铸造凝固过程温度场的计算。
温度场的数值模拟在热模拟中,温度场的数值模拟是最基本的，以三维温度场为主要内容的铸件凝固过程模拟技术已进入实用阶段,日本许多铸造厂采用此项技术。
英国的Solstar系统由三维造型,网格自动剖分,有限差分传热计算,缩孔缩松预测,热物性数据库及图形处理等模块组成。
带轮铸造工艺设计及数值模拟
带轮铸造工艺设计及数值模拟绪论滚动轴承的铸造制造，是铸件行业中最重要的一个环节，而铸造轮是滚动轴承的一个重要组成部分。
铸造轮的工艺设计是影响滚动轴承的质量的关键，在铸造过程中，为了获得高质量的滚动轴承，必须保证铸造轮的正确设计和制造。
针对铸造轮和滚动轴承铸造工艺要求，采用数字模拟技术对铸件的变形和性能进行仿真计算，形成合理、全面、明确的结构变形规律，保证其铸造质量符合要求。
1 工艺及数值模拟研究1.1 工艺研究滚动轴承铸造轮是滚动轴承铸造工艺的一个关键环节。
根据受力状况，将铸件分成五部分：轮缘（榫头处）、辐射叶、花键，其中轴为受压的极压部分，轮缘的榫头处有一个T型榫，辐射叶有护壳加固，螺旋形花键，以及连接螺栓等。
在此基础上，综合考虑不同的铸件结构、材质的规格及其表面条件，设计出合理的工艺工艺参数，并结合技术要求制定铸造车间的安全防护措施，确保铸件符合质量标准。
1.2 数值模拟研究滚动轴承铸造轮的数值模拟研究主要采用Abaqus软件，模拟了铸件的一般变形规律，通过构建三维有限元模型，模拟该铸件的变形特点，以及各种铸造介质的高温流动、散热和冷却过程，计算及分析了铸件在溶铸介质中轨道、横向和横型等变形参数，对铸件的变形做出有效的解释，确定可行的铸造工艺参数，制定出滚动轴承铸造轮铸造工艺。
2 结论针对滚动轴承铸造轮的铸造工艺要求，采用数字模拟技术进行研究，将变形特性、流动特性、散热特性等多种因素综合起来分析，科学的控制铸件的变形工艺参数，获得较高的铸件质量。
结合实际工艺，将研究成果使用在理论研究领域，为后续的有限元模拟及实践改善提供一定的科学依据。
钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程数值模拟
钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程数值模拟
钢质圆盘类工件挤压铸造是一种重要的金属成形加工方法，其成形过程受多种因素影响，需要通过数值模拟来优化工艺参数和改善成形质量。
本文将采用有限元数值模拟方法，对钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程进行模拟。
该数值模拟方法可以较为准确地预测材料的流动情况、变形和应力分布。
首先，我们需要建立有限元模型。
钢质圆盘类工件的几何形状复杂，需要通过计算机辅助设计软件进行三维建模，并将模型导入有限元分析软件中，进一步生成数值模型。
然后，在数值模型中设置物理参数、材料模型、初始条件和边界条件等。
其次，进行数值模拟。
数值模拟过程中，需要使用合适的数值求解方法，对材料流动、变形和应力分布等物理过程进行模拟。
同时，需要根据实际工艺参数进行仿真计算，如挤压速度、温度、压力等。
通过迭代计算过程，可以得到每个时间步长的应变、应力和变形分布情况。
最后，分析和优化结果。
数值模拟得到的应变、应力和变形分布结果可以用于分析成形过程中的缺陷和质量问题，并在此基础上调整工艺参数，提高产品质量。
同时，也可以通过数值模拟来评估不同的工艺参数对于产品质量的影响，以实现成本优化的目的。
综上所述，钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程的数值模拟是一种有效的方法，它可以较为准确地预测材料流动、变形和应力分布等物理过程，对于优化工艺参数和提高成形质量具有重要意义。
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》范文
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，已成为现代汽车的重要组成部分。
低压铸造作为一种先进的铸造技术，在铝合金轮毂的生产中得到了广泛应用。
然而，铸造过程中涉及到众多工艺参数，如何通过数值模拟与工艺优化提高铸造质量，减少生产成本，成为行业关注的焦点。
本文将通过数值模拟方法对低压铸造铝合金轮毂的工艺过程进行深入研究，并探讨其工艺优化方法。
二、低压铸造铝合金轮毂的数值模拟2.1 数值模拟方法数值模拟是利用计算机对铸造过程进行仿真模拟，通过建立物理模型、数学模型和求解模型，分析铸造过程中的流动、传热、凝固等物理现象。
在低压铸造铝合金轮毂的数值模拟中，主要采用流体动力学、传热学等相关理论，建立铸造过程的数学模型。
2.2 模拟过程及结果分析通过数值模拟，可以观察到铝合金在低压铸造过程中的流动情况、温度分布、凝固过程等。
模拟结果可以帮助我们了解铸造过程中可能出现的缺陷，如气孔、缩松等，并分析其产生原因。
此外，还可以通过模拟结果优化工艺参数，提高铸件的质量。
三、工艺优化3.1 工艺参数优化在低压铸造过程中，工艺参数对铸件的质量具有重要影响。
通过对铸造温度、压力、浇注速度等工艺参数进行优化，可以提高铸件的充型能力、减少气孔和缩松等缺陷。
此外，合理的模具设计也是提高铸件质量的关键。
3.2 优化措施针对铝合金轮毂的低压铸造过程，可以采取以下优化措施：（1）合理设计模具结构，确保铸件在凝固过程中受到均匀的冷却和压力作用；（2）优化铸造温度和压力，确保铝合金液在模具中充分填充，同时避免过高的温度和压力导致铸件产生缺陷；（3）控制浇注速度，避免因速度过快导致铝合金液卷入气体或因速度过慢导致铸件出现缩松等缺陷；（4）采用先进的合金材料和冶炼技术，提高铝合金的充型能力和抗气孔、缩松等缺陷的能力。
四、实例分析以某汽车厂低压铸造铝合金轮毂为例，通过数值模拟发现铸件在凝固过程中存在气孔和缩松等缺陷。
《2024年低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》范文
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》篇一一、引言低压铸造技术是铝合金轮毂制造过程中广泛应用的一种铸造工艺。
它结合了计算机技术和精密铸造设备，为制造业提供了更加精确、高效率的制造方式。
通过数值模拟与工艺优化的研究，我们不仅可以对生产流程进行仿真分析，还可以优化工艺参数，提高产品质量和降低生产成本。
本文将就低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化进行详细探讨。
二、低压铸造铝合金轮毂的数值模拟1. 模型建立在数值模拟过程中，首先需要建立铝合金轮毂的几何模型。
通过CAD软件进行建模，并导入到有限元分析软件中。
在模型中，需要考虑到轮毂的几何形状、尺寸、材料属性等因素。
2. 材料属性设定设定材料属性是数值模拟的重要环节。
根据铝合金的材料性能，设定好材料的密度、导热系数、热膨胀系数等物理参数。
这些参数将直接影响数值模拟的结果。
3. 数值模拟过程在设定好模型和材料属性后，进行数值模拟过程。
这个过程包括填充、凝固和收缩等阶段。
通过模拟填充过程，可以观察到金属液在模具中的流动情况；通过模拟凝固和收缩过程，可以预测产品的质量和可能出现的缺陷。
三、工艺优化1. 填充速度优化在低压铸造过程中，填充速度对产品的质量和性能具有重要影响。
通过数值模拟，可以分析不同填充速度下金属液的流动情况，找到最佳的填充速度，从而提高产品的质量。
2. 温度制度优化温度制度是低压铸造过程中的重要参数之一。
通过优化温度制度，可以控制金属液的凝固过程，减少产品缺陷的产生。
通过数值模拟，可以分析不同温度制度下产品的质量和性能，从而找到最佳的温度制度。
3. 模具设计优化模具设计对产品的质量和性能具有重要影响。
通过优化模具的设计，可以提高产品的质量和降低生产成本。
在模具设计中，需要考虑到模具的材质、结构、冷却系统等因素。
通过数值模拟，可以分析不同模具设计对产品的影响，从而找到最佳的设计方案。
四、结论通过数值模拟与工艺优化的研究，我们可以对低压铸造铝合金轮毂的生产过程进行仿真分析，优化工艺参数，提高产品质量和降低生产成本。
铸造工艺中的数值模拟与优化研究
铸造工艺中的数值模拟与优化研究第一章：引言铸造工艺是制造业中一项重要的制造技术，它涉及到金属材料的熔化、铸型和凝固等过程。
随着现代科学技术的不断发展，数值模拟与优化研究成为铸造工艺改进的重要手段。
本文将从数值模拟和优化两个方面进行研究，以探索如何利用现代技术提高铸造工艺的效率和质量。
第二章：数值模拟在铸造工艺中的应用数值模拟是通过使用计算机模拟铸造过程中的物理现象和工艺参数，以预测和改进铸造工艺的一种方法。
在铸造过程中，流体力学、传热学和固相变化等多种物理现象相互作用，对铸件的性能和质量产生重要影响。
利用数值模拟方法可以定量地解决这些问题，并优化铸造工艺参数。
3.1 流体力学模拟铸造过程中，熔融金属流动的方式和路径对铸件质量和内部缺陷的形成有重要影响。
数值模拟可以利用计算流体力学（CFD）方法，分析流动行为、温度分布和气体冲击等因素，并通过调整浇注方式、浇注温度和铸型设计等工艺参数，优化铸造工艺，减少缺陷的产生。
3.2 传热学模拟铸造过程中的热传递对铸件的凝固和晶粒生长等过程起着重要作用。
数值模拟可以使用传热学模拟方法，分析热能在铸件中的分布和传递方式，进而优化冷却方式、浇注温度和浇注速度等工艺参数，控制铸件的凝固过程，改善铸件的组织和性能。
3.3 固相变化模拟铸造过程中，熔融金属的凝固过程会引起固态相变。
数值模拟可以模拟和预测这些相变过程，通过调整铸造参数，使固态相变能够更加均匀地进行，从而提高铸件的力学性能和组织均匀性。
第三章：优化方法在铸造工艺中的应用优化方法是指通过数学模型和算法，寻找最优解或接近最优解的一种方法。
在铸造工艺中，优化方法可以应用于铸造工艺参数的调整和铸造工艺方案的选择。
4.1 参数优化在铸造工艺中，有许多参数需要进行调整，如浇注温度、浇注速度、尺寸设计等。
优化方法可以通过建立数学模型，以最小化铸件的缺陷和提高铸件的性能为目标，确定最优的工艺参数。
4.2 工艺方案优化铸造工艺方案的选择对于铸件的质量和产能起着决定性作用。
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》范文
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》篇一一、引言挤压铸造是一种重要的金属铸造工艺，广泛应用于各种工程领域。
为了更精确地掌握和控制挤压铸造过程，提升产品的质量、降低成本、优化工艺参数，进行数值模拟及工艺优化至关重要。
本文将对挤压铸造过程进行数值模拟，并通过分析模拟结果来探讨其工艺优化。
二、挤压铸造过程数值模拟1. 模型建立在挤压铸造过程中，模型建立是数值模拟的基础。
通过CAD 软件建立铸件、模具及挤压装置的三维模型，并导入有限元分析软件中。
在模型中考虑材料的物理性能、热传导性能、流变特性等关键因素。
2. 材料选择与参数设置根据所使用的合金材料和实际生产要求，设置合适的材料参数。
这些参数包括材料密度、比热容、热导率等，对于流动性和热物理性质的不同阶段要详细描述。
此外，挤压铸造过程中压力、温度等关键工艺参数也需根据实际进行设置。
3. 数值模拟过程利用有限元分析软件对挤压铸造过程进行数值模拟。
这一过程包括模具填充、冷却凝固、压力释放等关键阶段。
通过数值模拟可以观察材料在各个阶段的流动状态、温度分布以及应力变化等。
三、工艺优化探讨1. 填充过程优化通过数值模拟结果，可以观察到铸件在填充过程中的流动状态。
针对流动不均匀或出现涡流等问题，可以通过调整模具设计、改变浇注速度和压力等措施进行优化。
同时，合理的填充顺序和速度控制也是提高产品质量的关键因素。
2. 冷却凝固过程优化冷却凝固是决定铸件质量的重要环节。
通过数值模拟分析，可以找出温度梯度较大的区域和潜在的热应力集中点。
根据这些信息，可以调整冷却速率和模具温度分布，以改善铸件的凝固过程和力学性能。
3. 工艺参数优化工艺参数的优化包括压力、温度、时间等关键因素的调整。
通过数值模拟分析，可以确定最佳的工艺参数组合，以提高产品质量、降低成本和减少生产周期。
同时，根据生产需求和市场反馈，可以不断调整和优化这些参数，以适应市场的变化。
四、实际生产中的效果与应用通过在生产实践中应用数值模拟的结果和工艺优化的方法，可以实现更好的产品设计和制造。
CAE-铸造温度场数值模拟
几何模型
几何模型图 4
模型描述
• 模型化过程中的技术难点 – 接触单元在瞬态非线性热应力耦合场中的使用
• 本模型特点：三维结构 • 采用的ANSYS单元：
Solid70和CONTAC49单元 • 材料：铸件(铝合金) 、铸型(45号钢) • 采用的ANSYS功能：前后处理、ANSYS参数语言求解
• 由于时间的关系，对于应力场的研究没有进行。
19
铸造温度场数值模拟
1
问题描述
• 工程背景 铸造系统凝固过程中耦合热应力的数值模拟已经成
为先进铸造工艺设计必不可少的重要部分，而有限元的 模拟结果与真实铸造凝固过程的逼近程度，直接影响模 拟软件的实际使用。利用ANSYS有限元软件,采用不同的 边界条件，更准确的模拟了瞬态非线性温度场，并采用 界面单元，模拟界面传热情况，并进一步进行耦合热应 力全过程的有限元模拟。
2
研究目的
1.应用软件分析铸造温度场和应力应变场时，需要给 出定解条件，但是由于铸造过程物理场现象的复杂性，有 些定解条件并非完全明确，如边界传热的系数、铸型与铸 件间界面传热条件等,需要进行一些试探去积累确定它们 的经验,有时还需要用易得的实验数据去帮助确定。
2.由于铸造过程物理现象的复杂性，使每一种物理量 的分析模拟的数学模型都包含着强非线性因素，怎样控制 解的过程以保证非线性解的收敛和稳定，就需要通过分析 模拟的实践去积累经验。
数值计算模拟结果与实验结果的比较
15
修改参数后的曲线与实验曲线比较
16
温度场动画
17
结果分析
• 结果分析
实践证明，接触界面传热系数的取值严重地影响着 热传导的过程。对不同的接触界面采取不同的界面传热 系数值是必要的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铸造过程数值模拟摘要：铸造过程数值模拟技术是当今公认材料科学的重要前沿领域。
铸造过程的数值模拟是本学科发展的前沿之一，包含铸件充型、凝固过程、缩松缩孔的预测、应力场、热裂、微观组织的计算机模拟以及计算机模拟软件开发等研究内容。
关键词：数值模拟；充型过程；微观组织；应力；热裂；计算机技术的飞速发展，已使其自电力发明以来最具生产潜力的工具之一，数字化时代正一步步向我们走来。
计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAM）和计算机辅助制造（CAE）等技术在材料科学领域的应用正在不断扩大和深入，已经成为材料科学领域的技术前沿和十分活跃的研究领域。
就铸造领域而言，铸造过程数值模拟已经成为计算机在铸造研究和生产应用中最为核心的内容之一，涉及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多个学科，是公认的材料科学的前沿领域。
一、铸件充型过程数值模拟的研究概况液态金属的充型过程是铸件形成的第一个阶段, 许多铸造缺陷, 如卷气、夹渣、浇不足、冷隔及砂眼等都是在充型不利的情况下产生的。
然而由于本身的复杂性, 与凝固过程相比, 充型过程计算机数值模拟技术的起步较晚。
长期以来人们对充型过程的把握和控制主要是建立在大量的试验基础上的经验准则。
从20世纪80年代开始, 在此领域进行了大量的研究, 在数学模型的建立、算法的实现、计算效率的提高以及工程实用化方面均取得了重大突破。
许多铸造缺陷如卷气、夹杂、缩孔等都与液态金属的充型过程有关。
为了控制充型顺序和流动方式，对充型过程进行数值模拟非常必要。
其研究多数以SOLA—VOF法为基础，引人体积函数处理自由表面，并在传热计算和流量修正等方法进行研究改进。
有的研究在对层流模型进行大量实验验证之后，用K一￡双方程模型模拟铸件充型过程紊流现象。
目前，虽然已研究了许多算法，如并行计算法、三维有限单元法等，但最好的算法仍然没有找到。
常用的网格划分为矩形单元(2D)或正交平行六面体(3D)。
日本的I.Ohnaka等人提出了无结构非正交网格，这种技术是通向较高精度充型模拟的可能途径之一。
砂型铸造的充型模拟研究在铸造过程计算机模拟中占主导地位，然而消失模铸造、金属型铸造等充型模拟的研究工作已经开始。
充型模拟的另一发展趋势是浇注系统辅助设计，R.McDavid和J.Dantzig在这方面进行了尝试，并取得了一定的成果。
二、缩松和缩孔预测的数值模拟研究概况铸件缩松、缩孔形成的模拟预测是铸件充型凝固过程模拟软件的主要功能之一。
目前国内外常用的凝固模拟软件中均提供了多种判据用于铸件缩松、缩孔的预测．但是，大多数判据均是在用于铸钢件或不含石墨的铸造合金时比较有效。
由于石墨铸铁凝固时析出比体积较大的石墨。
因此其体积变化较铸钢等复杂得多，必须采用专门的判据。
铸钢件缩松、缩孔预测判据经过多年的发展，从最初的定性温度场热节法，发展到后来的E．Niyama提出的G／R1／2法，再到后面的流导法、固相率梯度法等定量预测方法，无论从精度还是从使用范围看，均达到了较高的水平，可以有效地预测铸件钢中的缩松、缩孔。
而铸铁件，特别是球墨铸铁件缩松、缩孔的预测一直缺乏可靠有效的判据。
1994年，李嘉荣等在大量试验的基础上提出了球墨铸铁缩松、缩孔形成预测的“收缩膨胀动态叠加法(DECAM)”，该法基于Fe—C平衡相图，用杠杆原理计算凝固过程中收缩和膨胀量，将收缩和膨胀量进行叠加，可以预测球墨铸铁件缩松、缩孔的形成．李文珍等在进行球墨铸铁微观模拟的基础上，从微观形核和生长的角度建立了球墨铸铁在凝固过程中的体积变化模型，并进一步提出了基于微观模拟的球墨铸铁缩松、缩孔定量预测方法微观模拟法(MMM)。
国外一些研究者也提出了定量计算球墨铸铁凝固过程中体积变化的模型。
目前，球墨铸铁缩松、缩孔预测方法已部分投入实用化。
三、应力场数值模拟的研究概况90年代以来，铸造凝固过程温度场、流动场数值模拟技术已日趋成熟，铸造CAE商品化软件功能逐渐增强，普遍增加了三维流场分析功能，大大提高了模拟分析的精度。
但是，由于铸件三维应力场问题复杂，算法难度大，当时认为很难在微机上实现。
1993年，日本丰田汽车公司在荷兰的第60届世界铸造会议上发表了用大型计算机进行发动机缸体及轮毂三维残余应力分析的文章，标志着铸造凝固过程应力场模拟仿真分析朝着工程实用化迈出了一大步。
铸件凝固过程中产生的热应力主要是由于铸件各部分之间的凝固速度各不相同而造成的温度分布不均，使得金属收缩受阻所造成的。
应力过大时，将可能引起凝固时铸件变形大或断裂，残余应力与载荷迭加可能导致零件的彻底破坏。
由于应力场数值模拟技术涉及相变、弹塑性变形、乃至蠕变形变等理论以及高温状态下的力学性能及热物性参数等，而且它比一般的结构应力场更复杂，铸造材料的力学特性具有高度非线性，加之铸造成形系统是由多种材质组成，它们之间的力学性能相差悬殊，从而使应力场求解过程的精度稳定性及收敛性受到影响。
铸造应力的分析需要综合运用流体流动、热传递、材料高温力学性能分析等技术，研究难度大，从而使研究进展缓慢。
凝固过程热应力模拟主要针对铸件的残余应力和残余变形，现已经历了由自己开发程序、采用已有的有限元应力分析软件、铸件凝固模拟专业软件三个阶段。
国内的研究还基本上处于第二阶段。
一般采用自行开发有限元应力分析程序来处理研究连铸、半连铸及铸锭等能够简化为一维或二维的问题，软件能力弱，并缺少完善的前后处理，因此受到很大限制。
大连理工大学较早的进行铸件和连铸坯的应力数值模拟。
国外的一些大型通用工程有限元分析软件，如ANSYS等，也可用于铸件热应力的模拟。
这些软件具有强大的二次开发环境，在这些软件上进行二次开发，加入适合铸造过程应力模拟的力学本构模型或边界条件处理模型，可以节省很多不必要的工作。
但对于一般铸造技术人员来说，此类软件的易用性和专门开发的凝固模拟软件具有较大差距。
近几年来，国内外部分专门用于铸件凝固过程的数值模拟软件，已具有应力分析功能。
同时也建立了不同的数学模型，主要有纯弹性模型、弹塑性模型、弹塑性一—蠕变模型、弹一—粘塑性模型、统一变量模型和最近几年发展起来的流变学模型，其中统一变量模型和流变学模型由于更接近于合金在铸造中的物理本质而逐渐成为研究的热点。
流变学模型用简单的流体模型和力学模型来描述铸造合金在固液两相区的流动及变形规律，从而准确地反映流动变形随时间的变化。
另一种新的方法是将FDM(有限差分法)和FEM(有限元法)方法相结合，利用FDM分析流动与传热，用FEM计算应力。
应力场数值模拟虽然取得了一定的进展，但整体还处于初步研究阶段，离实际应用还有一定距离。
四、热裂数值模拟研究概况热裂是铸件最严重的缺陷之一，本世纪初，铸造工作者就开始研究热裂形成机理。
迄今，在大量研究的基础上已经提出了几种不同的理论，如强度理论、液膜理论、综合理论等。
归纳出热裂的主要特征及影响因素如下：(1)热裂产生于准固相区内靠近固相线温度的一定温度范围内。
(2)热裂一般发生在收缩受阻的热节处，此处在热裂形成温度范围内的凝固速度、补缩能力及该处的折算厚度均对热烈的生成有直接的影响。
(3)铸型的热膨胀及其对铸件收缩的阻碍程度决定了该热节处应力水平的高低。
基于上述认识，有人提出从定量角度去预测热裂，认为热裂与热节处凝固前沿的运动速度以及该处的应变速度有关，当其他因素不变时，这两个速度的比值即可作为判据．目前热裂的模拟和预测可归纳为如下四种方法：①基于凝固条件与补缩能力，采用凝固与补缩模型；②基于铸件高温应力应变场；③基于一维受阻模型；④基于流变学模型。
其中基于流变学模型的热裂模拟是近几年发展起来的新方向，其先决条件是铸造合金流变参数的测定。
铸造工作者先后测定了ZL203合金，Al—si合金，Al—si—cu—Mg合金的流变行为，及ZG35，ZG45，ZG15CrMoV，624等钢种和ZQSnl6—5铜合金的流变性能。
刘驰采用一维流变模型模拟了带有约束端的Al一cu棒形试件和应力框的热应力应变，判断了热裂的形成情况，程军用自行开发的三维轴对称热应力软件预测了了Al—Cu合金的热裂形成。
上述的热裂判据都把应力应变的变化规律作为静态来处理，实际上不应只以接近固相线凝固的塑性应变、弹性应变极限和粘弹性应变极限的相对大小以及应力的大小作为热裂判据，由于三种应变都具有时变性，只有动态地考察三种应变的时变性，才能建立比较准确的热裂判据。
所以，目前的热裂理论尚不能对热裂进行定量描述。
五、微观组织模拟的研究状况微观组织模拟可通过计算机模拟来预测铸件微观组织形成，进而预测铸件的力学性能和工艺性能，最终控制铸件的质量。
微观组织模拟可分为三个层次：mm、um和nm．宏观量如温度、速度等可以利用相应的方程，通常采用有限元或有限差分求解，而在微观领域内则采用解析法来分析枝晶端部、共晶薄层或球粒的动力学生长。
近年来，随机方法如Monte Carlo 法或Celluar Automaton法已经被用于晶粒组织形成及生长的模拟中。
现在已能够模拟枝晶生长，共晶生长，柱状晶与等轴晶转变等合金微观组织变化。
最近，Rappaz等人对凝固过程中的枝晶组织模拟进行了回顾，评述了随机论方法和决定论方法的发展状况。
相对比较而言，随机论法则只能将能量方程与形核和生长结合起来；而决定论模型可以把凝固过程中所涉及的物质守恒方程与晶粒形核和生长的微观模型结合起来，无疑更接近于实际过程的物理机制，特别是它考虑了宏观偏析和固态传输。
随机论法更适合于描述柱状晶粒组织的形成及柱状晶和等轴晶的相互转变。
一些学者阐述了三维Celluar Automaton有限元模型(CA—FE)模拟的原理及应用。
FE 法用来计算三维铸件的温度场，CA形核和生长算法则用来预测晶粒组织的形成。
二者耦合可以对枝晶生长动力学和潜热释放进行模拟。
相场法的研究是直接微观组织模拟的热点。
相场理论通过微分方程反映了扩散、有序化势及热力学驱动力的综合作用。
把相场方程与温度场、溶质场、流速场及其它外部场耦合，则可对金属液的凝固过程进行真实的模拟。
已有的工作包括：①多个晶粒生长时多元相场的耦合，②枝晶生长过程中相场与温度场或溶质场的耦合，③在包晶和共晶凝固中双相场与溶质场的耦合，④当存在强迫对流时相场速度的耦合。
球墨铸铁微观组织的模拟仍是主要的研究方向之一，国内外目前的研究水平基本相当。
G．Lesoult使用球墨铸铁凝固的物理模型，模拟了过共晶与共晶球墨铸铁冷却中非共晶奥氏体的形成，并重新讨论了模糊区的概念。
M．Roman预测了亚共晶和过共晶球铁的微观组织，重点强调了共晶前和共晶阶段的凝固，用圆柱形阶梯试样进行了模拟和试验的比较。
大连理工大学金俊泽领导的研究小组在铸件的凝固组织微观模拟方面也卓有成效。