【摘 要】
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铸造数值模拟的后处理结果是分析和预测铸造缺陷的重要依据,铸造充型过程的分析通常依靠充型体积、流动速度和流线等后处理结果,但并未对导致冷隔等铸造缺陷形成的关键区域进行计算与突出显示,不仅增加了冷隔缺陷的分析难度,而且也无法准确定量地预测出冷隔缺陷。本文通过对铸造充型过程数值模拟的研究,提出了用于计算交汇位置的方法,并将其应用于冷隔缺陷的预测中,结合温度场结果实现了对冷隔缺陷的预测,准确地预测了铸造充
【基金项目】
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国家重点研发计划“钛合金大型复杂薄壁结构件精密铸造技术（2020YFB2008300）”
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铸造数值模拟的后处理结果是分析和预测铸造缺陷的重要依据,铸造充型过程的分析通常依靠充型体积、流动速度和流线等后处理结果,但并未对导致冷隔等铸造缺陷形成的关键区域进行计算与突出显示,不仅增加了冷隔缺陷的分析难度,而且也无法准确定量地预测出冷隔缺陷。本文通过对铸造充型过程数值模拟的研究,提出了用于计算交汇位置的方法,并将其应用于冷隔缺陷的预测中,结合温度场结果实现了对冷隔缺陷的预测,准确地预测了铸造充型过程中形成的冷隔缺陷。主要内容包括:（1）研究铸件充型过程的控制方程,设计计算算法提取铸造充型过程中金属液的交汇位置。推导了用于充型过程数值模拟的控制方程并讨论了计算求解方法,对充型时金属液交汇位置处的流动过程进行分析,依据流体体积算法获得了金属液的流动前沿,并根据获得的流动前沿构建了时间场,基于时间场提出了计算铸造充型过程中金属液交汇位置的方法,该方法能够自动计算出充型过程中不同时刻不同位置处出现的交汇位置。（2）将充型结果和交汇位置的计算结果进行对比,验证了本文计算方法的可行性。通过Qt与VTK开发工具搭建了用于后处理显示的软件,对铸造充型过程进行了计算,并基于提出的计算方法对充型过程中的交汇位置进行了计算。通过观察发现流动场中的交汇位置和计算获得交汇位置结果一致。（3）将计算的交汇位置应用于冷隔缺陷的预测,实现了对冷隔缺陷的快速准确预测。通过实验的方法将铸件上实际的冷隔位置与预测的冷隔缺陷位置进行了对比,证明了该方法预测冷隔缺陷的可行性。本文基于数值模拟方法研究了铸造充型过程中金属液的流动情况,设计了铸造充型过程中交汇位置的计算方法并进行了验证,结合交汇位置处的温度结果预测了冷隔缺陷,提高了铸造工艺分析的效率,为冷隔缺陷的定量预测与分析提供了科学的指导。
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