基于SPH法的挤压铸造充型凝固过程数值模拟研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luo_yanjiang1980
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挤压铸造又称为液态模锻,是一种介于铸造与锻压之间的工艺,它同时具备了铸造与锻压的优点,成为一种少切削或无切削的近净成形技术。采用计算机技术模拟金属液在挤压铸造型腔中的流动情况,可以更加直观的观察金属液的流动情况及其温度的变化过程,并预测挤压铸件可能出现的缺陷,帮助技术人员根据存在的问题对挤压铸件结构和工艺设计方案进行改进,以期获得合格的挤压铸件,提高产品质量与生产效率。因此对挤压铸造的充型过程、温度场、凝固过程进行数值模拟,对合理选择工艺参数有着重要的意义。目前,尽管基于网格法的数值模拟发展相对成熟,但是还有很多不足之处,比如有限元数值模拟方法不能很好处理大尺度变形。光滑粒子流体动力学(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)方法可以很好的解决此类问题。本文首先基于SPH方法建立三维数学模型,其次自主编写C++程序,最后对挤压铸造充型过程和凝固过程很好的进行了数值模拟,并与有限元及实验结果对比,有较好的一致性。具体研究内容如下:首先,建立挤压铸造工艺基于SPH方法数值模拟的整体计算框架,并阐述SPH方法的理论思想及基本方程。本文将Open MP技术写入程序中,实现了并行计算,大大缩短了计算时间,提高了计算效率,并采用C++计算机语言建立了程序模型。其次,建立基于SPH法三维挤压铸造充型过程数学模型,并采用C++语言自主编写挤压铸造充型程序。首先对经典算例溃坝进行数值模拟,并将模拟结果与文献中实验结果进行对比,得到较好的一致性。然后将带障碍物溃坝进行模拟,较好的展示了基于SPH法液体复杂的流动过程。最后对挤压铸造件轮毂的充型过程进行模拟,并将充型结束时刻的温度分布与有限差分法结果进行了对比,结果基本一致。最后,建立基于SPH法三维挤压铸造凝固过程数学模型,并采用C++语言自主编写挤压铸造凝固程序。首先通过对经典算例平板件导热问题进行数值模拟,并将模拟结果与解析解对比,得到较好的一致性,验证了本文所建程序温度场计算结果。其次本文采用温度回升法对柱形铸件的潜热进行模拟,并对挤压铸造件凸型件充型过程和凝固过程进行数值模拟,与文献中有限元及实验结果进行对比,得到较好的一致性。
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