【摘 要】
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特种铸造具有铸件质量好、生产效率高以及易于实现自动化生产等优点,近年来得到广泛运用。因其工艺设计难度较高,在实际生产中多采用铸造数值模拟技术进行金属液充型和凝固过程仿真,以准确预测缺陷,为工艺规划提供科学指导。但数值模拟仿真耗时长、算法复杂度大,难以实时获取预测结果,因此,现有的工艺虚拟仿真教学培训系统大都只实现设计和操作功能,不能提供缺陷预测功能,培训效果欠佳。针对上述问题,本文基于虚拟现实技术
【基金项目】
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华南理工大学中央高校基本科研业务费项目“面向精细操作仿真的力触觉融合交互技术及装备研究”（编号:2020ZYGXZR058）
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特种铸造具有铸件质量好、生产效率高以及易于实现自动化生产等优点,近年来得到广泛运用。因其工艺设计难度较高,在实际生产中多采用铸造数值模拟技术进行金属液充型和凝固过程仿真,以准确预测缺陷,为工艺规划提供科学指导。但数值模拟仿真耗时长、算法复杂度大,难以实时获取预测结果,因此,现有的工艺虚拟仿真教学培训系统大都只实现设计和操作功能,不能提供缺陷预测功能,培训效果欠佳。针对上述问题,本文基于虚拟现实技术,研究实时缺陷预测方法,开发了特种铸造工艺虚拟仿真系统,主要工作如下:（1）研究基于ProCAST软件的金属液充型及凝固过程仿真模拟,通过分析模拟结果进行缺陷预测;参考实际生产案例,分别对压力铸造和离心铸造两种工艺进行数值模拟实验与研究,并根据实验结果对工艺参数对铸造缺陷的影响进行了量化分析。（2）对实时铸造缺陷预测方法进行研究。在对现有缺陷预测方法、数值预测方法进行比较分析的基础上,提出了基于神经网络的缺陷预测算法;针对不同的缺陷分别搭建BP和RBF两种神经网络模型,并根据训练拟合实验和实际预测实验的对比结果,选择以BP神经网络模型作为缺陷预测方法的基础算法。（3）开发了特种铸造工艺虚拟仿真系统。详细分析系统的开发需求,搭建开发适配的软硬件平台,并设计系统框架。通过Unity软件实现系统中的工艺场景、用户交互界面以及关键功能等核心内容。（4）以压力铸造和离心铸造实验训练为应用实例,进行特种铸造培训测试实验和用户体验问卷调查实验,对系统的教学培训效果以及缺陷预测功能做出评估。实验结果证明,缺陷预测功能不仅没有对系统运行造成明显负担,还提高了系统的教学培训效果、工艺完整性和使用效率。
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