近幾十年計算機科學和數(shù)值計算方法的飛速發(fā)展為計算機仿真技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景，科研人員將計算機發(fā)展技術(shù)應用到材料科學領域，鑄造工藝過程仿真技術(shù)便是其中一種應用。鑄造工藝過程仿真技術(shù)成為改造傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)的必由之路。

目前，世界上主流的鑄造工藝仿真計算算法主要有有限體積法、有限差分法和有限元法等。NovaCast軟件采用的是先進的有限體積算法，在歐美市場占據(jù)有了大量的用戶群體數(shù)量。有限體積算法的代表是NovaCast軟件，相比其他兩種計算算法，NovaCast軟件在網(wǎng)格處理、計算速度和計算精度方面都有非常明顯的優(yōu)勢。

1、網(wǎng)格處理

NovaCast軟件率先將有限體積網(wǎng)格處理方法（CVM）應用于鑄造工藝仿真，并使用體積分數(shù)準確描述幾何形狀。而傳統(tǒng)有限差分法是基于六面體網(wǎng)格，模型表面是不均勻的，幾何描述精度不如有限體積法。NovaCast軟件結(jié)合了有限差分法和有限體積法等兩者的優(yōu)勢。NovaCast軟件使得網(wǎng)格處理更加簡單、高效，離散化后的模型邊界非常光順，同時保持著非常高的計算精度。

有限體積法描述三維模型邊界和鑄件截面尺寸精度非常高，因此能夠獲得更加精準的計算精度，使得模擬結(jié)果更加接近真實情況。同等計算精度的情況下，有限體積法所需網(wǎng)格數(shù)量更加少，所以有限體積法計算速度更快。相比其他兩種算法，有限體積法計算精度更高，可以達到95%及以上。

有限體積法和有限差分法網(wǎng)格處理技術(shù)對比如圖1所示：

有限體積法（網(wǎng)格尺寸10mm）

有限差分法（網(wǎng)格尺寸10mm）

  有限差分法（網(wǎng)格尺寸3.6mm）

圖1 網(wǎng)格處理技術(shù)對比

2、計算速度

同等計算精度的情況下，有限體積法相比其他兩種算法所需網(wǎng)格數(shù)量更加少，所以有限體積法計算速度更快。對比計算速度，有限體積法比有限差分法快10倍及以上。有限體積法和有限差分法計算速度對比如圖2所示：

圖2 計算速度對比

3、計算精度

 對比有限差分法和有限體積法兩者的計算精度，兩種計算算法凝固過程模擬結(jié)果幾乎一樣。液相分數(shù)20%至10%時，結(jié)果有微小的差異，這是因為兩個軟件所采用的網(wǎng)格算法不一樣而導致。

凝固時間 320 秒 (圖片從左到右液相體積分數(shù)分別為：70%, 50%, 30%, 20%, 10%,0.5%)；

圖3 液相分數(shù)分布對比 (A)有限差分法 (B) NovaCast

對比兩種算法的凝固缺陷預測，兩種算法均顯示鑄件中沒有縮孔缺陷。有限差分法和有限體積法凝固結(jié)果對比如下圖4所示：

（上圖為有限差分法，下圖為NovaCast）

圖4 縮孔缺陷

來源：安世亞太