專利名稱：一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法，屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
二、技術(shù)背景鑄件凝固模擬軟件主要是通過模擬鑄件的凝固過程來預(yù)測(cè)鑄造缺陷的形成，所預(yù)測(cè)的鑄造缺陷主要是縮孔和縮松，預(yù)測(cè)縮松是鑄件凝固模擬軟件的一項(xiàng)重要的任務(wù)。
預(yù)測(cè)縮松的方法有等溫度曲線、等固相率曲線法、溫度梯度法、流導(dǎo)法、固相率梯度法、 (修正的溫度梯度法)、壓力梯度法、臨界固相率等。
目前主要應(yīng)用的預(yù)測(cè)縮松的判據(jù)是G/R≤C,]]>其中G是溫度梯度(K/cm)，R是冷卻速度(K/min)，C是臨界值。
所有這些僅僅是考慮了凝固條件對(duì)縮松形成的影響，而與縮松形成有著直接影響的幾個(gè)因素卻沒有考慮。如與補(bǔ)縮條件有關(guān)的金屬液的壓力P，補(bǔ)縮通道上影響壓力損失的固相率梯度Gs等。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法。
本發(fā)明方法的預(yù)測(cè)縮松判據(jù)公式為P·Gs/R≤C,]]>根據(jù)該公式對(duì)縮松進(jìn)行預(yù)測(cè)，并取得了良好的效果。
一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法，根據(jù)直接影響縮松形成的各個(gè)因素，將鑄件凝固模擬軟件運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上，在預(yù)測(cè)縮松判據(jù)公式P·Gs/R≤C]]>中，P為金屬液的壓力，Gs固相率梯度，R是冷卻速度(K/min)，C是臨界值，具體確定步驟為1)計(jì)算程序開始，利用通用的差分方法計(jì)算出鑄件的溫度場(chǎng)，根據(jù)溫度場(chǎng)，對(duì)鑄件液態(tài)區(qū)進(jìn)行金屬液壓力P的計(jì)算；2)根據(jù)溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，確定鑄件是否有即將凝固單元即當(dāng)前單元？如果有，對(duì)當(dāng)前單元進(jìn)行縮松判據(jù)的計(jì)算；如果沒有，計(jì)算程序返回步驟1)，繼續(xù)計(jì)算鑄件的溫度場(chǎng)；對(duì)于不是即將凝固時(shí)刻的單元不進(jìn)行縮松判據(jù)的計(jì)算；3)根據(jù)步驟2)確定的當(dāng)前單元，計(jì)算當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離；4)根據(jù)當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離以及當(dāng)前單元和相鄰單元的固相率差，計(jì)算當(dāng)前單元在相鄰26個(gè)單元方向上的固相率梯度Gs，并選取固相率梯度最大者為當(dāng)前單元的固相率梯度Gs；5)計(jì)算當(dāng)前單元的等價(jià)冷卻速度R，計(jì)算方法為，將凝固模擬過程中一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)釋放的潛熱換算成當(dāng)前單元溫度的降低，此溫度的降低與該單元實(shí)際溫度的降低之和除以一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)作為當(dāng)前單元的冷卻速度，稱之為等價(jià)冷卻速度；6)根據(jù)步驟3)、4)、5)的計(jì)算結(jié)果，利用公式P·Gs/R]]>計(jì)算判據(jù)值，如果判據(jù)值與臨界值C的關(guān)系滿足預(yù)測(cè)縮松判據(jù)公式P·Gs/R≤C,]]>即確定當(dāng)前單元為縮松。
所述的與當(dāng)前單元相鄰的26個(gè)單元是，面相鄰的6個(gè)，棱相鄰的12個(gè)和頂點(diǎn)相鄰的8個(gè)，當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離是當(dāng)前單元中心點(diǎn)與相鄰26個(gè)單元中心點(diǎn)之間的距離。
在鑄件凝固模擬中，首先計(jì)算出鑄件的溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的計(jì)算采通用的有限差分方法，結(jié)晶潛熱、邊界條件、固相率等有關(guān)凝固問題的處理都在這里完成。根據(jù)溫度場(chǎng)的情況，對(duì)液態(tài)區(qū)域進(jìn)行金屬液壓力的計(jì)算，壓力計(jì)算可以采用流場(chǎng)模擬的方式計(jì)算，也可以直接利用計(jì)算液體靜壓力的方式計(jì)算金屬液的靜壓力。壓力計(jì)算結(jié)束以后，保留至后續(xù)的縮松判據(jù)使用。某單元縮松判據(jù)的計(jì)算要在該單元即將凝固的時(shí)刻進(jìn)行，該時(shí)刻就是所計(jì)算單元的固相率剛剛達(dá)到1的前一個(gè)時(shí)刻，即剛剛凝固的前一個(gè)時(shí)刻。對(duì)于計(jì)算縮松判據(jù)的單元來說，需要計(jì)算該單元(稱當(dāng)前單元)與相鄰26個(gè)單元的固相率梯度和它本身的等價(jià)冷卻速度。首先要計(jì)算當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離，與當(dāng)前單元相鄰的26個(gè)單元是，面相鄰的6個(gè)，棱相鄰的12個(gè)和頂點(diǎn)相鄰的8個(gè)，當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離是兩個(gè)單元中心點(diǎn)的距離。固相率梯度是當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的固相率差除以它們之間的距離，取其中最大者而得。等價(jià)冷卻速度就是把當(dāng)前單元一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)釋放的凝固潛熱折算為該單元的溫度降低的數(shù)值與該單元實(shí)際溫度降低的數(shù)值疊加在一起，然后除以一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)即可得到當(dāng)前單元的等價(jià)冷卻速度。按照判據(jù)公式計(jì)算判據(jù)值P·Gs/R,]]>將此值與臨界值C相比較，判據(jù)值小于等于臨界值的單元設(shè)置為縮松單元，否則不為縮松單元。對(duì)于不同的合金臨界值也不同，要由實(shí)驗(yàn)確定。
四

圖1是本發(fā)明中確定鑄件即將凝固單元的數(shù)值模擬方法流程圖。
圖2是本發(fā)明中計(jì)算預(yù)測(cè)縮松判據(jù)的方法流程圖。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法，根據(jù)直接影響縮松形成的各個(gè)因素，將鑄件凝固模擬軟件運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上，在預(yù)測(cè)縮松判據(jù)公式P·Gs/R≤C]]>中，P為金屬液的壓力，Gs固相率梯度，R是冷卻速度(K/min)，C是臨界值，具體確定步驟為1)計(jì)算程序開始，利用通用的差分方法計(jì)算出鑄件的溫度場(chǎng)，根據(jù)溫度場(chǎng)，對(duì)鑄件液態(tài)區(qū)進(jìn)行金屬液壓力戶的計(jì)算2)根據(jù)溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，確定鑄件是否有即將凝固單元即當(dāng)前單元？如果有，對(duì)當(dāng)前單元進(jìn)行縮松判據(jù)的計(jì)算；如果沒有，計(jì)算程序返回步驟1)，繼續(xù)計(jì)算鑄件的溫度場(chǎng)；對(duì)于不是即將凝固時(shí)刻的單元不進(jìn)行縮松判據(jù)的計(jì)算；3)根據(jù)步驟2)確定的當(dāng)前單元，計(jì)算當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離；4)根據(jù)當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離以及當(dāng)前單元和相鄰單元的固相率差，計(jì)算當(dāng)前單元在相鄰26個(gè)單元方向上的固相率梯度Gs，并選取固相率梯度最大者為當(dāng)前單元的固相率梯度Gs；5)計(jì)算當(dāng)前單元的等價(jià)冷卻速度R，計(jì)算方法為，將凝固模擬過程中一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)釋放的潛熱換算成當(dāng)前單元溫度的降低，此溫度的降低與該單元實(shí)際溫度的降低之和除以一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)作為當(dāng)前單元的冷卻速度，稱之為等價(jià)冷卻速度；6)根據(jù)步驟3)、4)、5)的計(jì)算結(jié)果，利用公式P·Gs/R]]>計(jì)算判據(jù)值，如果判據(jù)值與臨界值C的關(guān)系滿足預(yù)測(cè)縮松判據(jù)公式P·Gs/R≤C,]]>即確定當(dāng)前單元為縮松。
所述的與當(dāng)前單元相鄰的26個(gè)單元是，面相鄰的6個(gè)，棱相鄰的12個(gè)和頂點(diǎn)相鄰的8個(gè)，當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離是當(dāng)前單元中心點(diǎn)與與相鄰26個(gè)單元中心點(diǎn)之間的距離。
在鑄件凝固模擬中，首先計(jì)算出鑄件的溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的計(jì)算采通用的有限差分方法，結(jié)晶潛熱、邊界條件、固相率等有關(guān)凝固問題的處理都在這里完成。根據(jù)溫度場(chǎng)的情況，對(duì)液態(tài)區(qū)域進(jìn)行金屬液壓力的計(jì)算，壓力計(jì)算可以采用流場(chǎng)模擬的方式計(jì)算，也可以直接利用計(jì)算液體靜壓力的方式計(jì)算金屬液的靜壓力。壓力計(jì)算結(jié)束以后，保留至后續(xù)的縮松判據(jù)使用。某單元縮松判據(jù)的計(jì)算要在該單元即將凝固的時(shí)刻進(jìn)行，該時(shí)刻就是所計(jì)算單元的固相率剛剛達(dá)到1的前一個(gè)時(shí)刻，即剛剛凝固的前一個(gè)時(shí)刻。對(duì)于計(jì)算縮松判據(jù)的單元來說，需要計(jì)算該單元(稱當(dāng)前單元)與相鄰26個(gè)單元的固相率梯度和它本身的等價(jià)冷卻速度。首先要計(jì)算當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離，與當(dāng)前單元相鄰的26個(gè)單元是，面相鄰的6個(gè)，棱相鄰的12個(gè)和頂點(diǎn)相鄰的8個(gè)，當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離是兩個(gè)單元中心點(diǎn)的距離。固相率梯度是當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的固相率差除以它們之間的距離，取其中最大者而得。等價(jià)冷卻速度就是把當(dāng)前單元在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)釋放的凝固潛熱折算為該單元的溫度降低的數(shù)值與該單元實(shí)際溫度降低的數(shù)值疊加在一起，然后除以一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)即可得到當(dāng)前單元的等價(jià)冷卻速度。按照判據(jù)公式計(jì)算判據(jù)值P·Gs/R]]>，將此值與臨界值C相比較，判據(jù)值小于等于臨界值的單元設(shè)置為縮松單元，否則不為縮松單元。
權(quán)利要求
1.一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)測(cè)縮松判據(jù)公式P·Gs/R≤C]]>，利用計(jì)算機(jī)，按如下步驟進(jìn)行1)計(jì)算程序開始，利用通用的差分方法計(jì)算出鑄件的溫度場(chǎng)，根據(jù)溫度場(chǎng)，對(duì)鑄件液態(tài)區(qū)進(jìn)行金屬液壓力P的計(jì)算；2)根據(jù)溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，確定鑄件是否有即將凝固單元即當(dāng)前單元？如果有，對(duì)當(dāng)前單元進(jìn)行縮松判據(jù)的計(jì)算；如果沒有，計(jì)算程序返回步驟1)，繼續(xù)計(jì)算鑄件的溫度場(chǎng)；對(duì)于不是即將凝固時(shí)刻的單元不進(jìn)行縮松判據(jù)的計(jì)算；3)根據(jù)步驟2)確定的當(dāng)前單元，計(jì)算當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離；4)根據(jù)當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離以及當(dāng)前單元和相鄰單元的固相率差，計(jì)算當(dāng)前單元在相鄰26個(gè)單元方向上的固相率梯度Gs，并選取固相率梯度最大者為當(dāng)前單元的固相率梯度Gs；5)計(jì)算當(dāng)前單元的等價(jià)冷卻速度R，計(jì)算方法為，將凝固模擬過程中一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)釋放的潛熱換算成當(dāng)前單元溫度的降低，此溫度的降低與該單元實(shí)際溫度的降低之和除以一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)作為當(dāng)前單元的冷卻速度，稱之為等價(jià)冷卻速度；6)根據(jù)步驟3)、4)、5)的計(jì)算結(jié)果，利用公式 計(jì)算判據(jù)值，如果判據(jù)值與臨界值C的關(guān)系滿足預(yù)測(cè)縮松判據(jù)公式P·Gs/R≤C]]>，即確定當(dāng)前單元為縮松。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法，其特征在于，所述的與當(dāng)前單元相鄰的26個(gè)單元是，面相鄰的6個(gè)，棱相鄰的12個(gè)和頂點(diǎn)相鄰的8個(gè)，當(dāng)前單元與相鄰26個(gè)單元的距離是當(dāng)前單元中心點(diǎn)與相鄰26個(gè)單元中心點(diǎn)之間的距離。
全文摘要
一種鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的方法，屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。鑄件凝固模擬中預(yù)測(cè)縮松的判據(jù)為
文檔編號(hào)G06F19/00GK1996319SQ200610166229
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者田學(xué)雷, 鄭洪亮, 郝良品, 孫玉成 申請(qǐng)人:山東大學(xué)