鑄造數值模擬的案例
FLOW-3D 鑄造數值模擬技術之幾何模型構建
FLOW-3D，在金屬鑄造方面, FLOW-3D 可以準確地模擬型腔的充填過程, 給出鑄件充型過程中金屬液體的速度場、壓力
場、溫度場、自由表面變化以及鑄型的溫度場; 精確地描述凝固過程。然而, 運用FLOW-3D 進行鑄造數值模擬的中文文獻很少, 其原因可能與該軟件學習、使用較難有關。
本文是我學習FLOW-3D軟件獲得的關于FLOW-3D 鑄造數值模擬幾何模型構建方面的心得, 與同行交流。
1 component和subcomponent概念
component和subcomponent是FLOW-3D 數值模擬幾何模型構建中兩個關鍵的概念。
1. 1 component
component, 是給定模擬專案中具有相同性質和初始
條件的空間實體[。比如, 在砂型重力鑄造數值模擬中,形成鑄件、澆注系統、冒口型腔的鑄型實體就是該模擬專案的鑄型com ponent。一個模擬專案的幾何模型可以有不止一個com ponent。一個com ponent, 可以是連續的, 也可以不連續。仍以砂型重力鑄造為例, 如果要探索冷鐵對凝固的作用,因冷鐵與鑄型型砂性質(比如: 熱傳導率, 比熱容, 表面粗糙度等) 不同, 必須創建新的com ponen t為冷鐵com ponent。若在鑄型的不同部位放置冷鐵, 則該冷鐵com ponent
就是一個不連續的component。當創建一個新的com ponent時, 將自動彈出Add component對話框, 如圖1 所示。在此應指定com ponent的類型, com ponent有4種類型: standard(標準型)、po rous(多孔型) 、lost foam ( 鑄造消失模)和dom a in remov ing( 計算域去除型)。
展開 三維鑄件充型及凝固過程數值模擬軟件包--(FT－Star鑄造之星)
三維鑄件充型及凝固數值模擬軟件包（簡稱FT－Star）是具有自主版權的真三維鑄造過程數值模擬軟件包。它可在586 微機和工作站上運行，分別采用WINDOWS和MOTIF圖形界面，對用戶友好。國內專家評價認為主要功能在國內處于領先地位，已達到國際先進水平。
FT－Star可以通過SLA文件接收各大型通用CAD軟件，如CADDS、Pro/E、IDEAS、Autocad、UG等的造型文件進行鑄造過程分析，FT－Star具有以下主要技術特點：
⑴在實驗室及生產性試驗基礎上，建立了多熱節定量預測鑄件縮孔新方法及定量預測球墨鑄鐵縮孔新方法；
⑵采用并改進SOLA/VOF三維流場數值分析方法，提出三維自由表面處理新方法，并提高了運算速度；可以進行充型過程三維流動分析；
⑶采用有限差分/有限元方法集成的技術路線， 能夠分析鑄件的溫度場、應力場和殘余應力；
⑷建立鑄鐵結晶凝固生核及生長模型及微觀組織與機械性能關系的數學方程，初步實現了對球鐵三維微觀組織及鑄態機械性能進行模擬分析；
⑸建立了并行工程環境下的鑄造CAD/CAE集成系統；
⑹在實驗室完成壓鑄及低壓鑄造過程數值模擬功能模塊；商品化后將成為FT－Star的另一個主要功能。
FT－Star已在國內近40家單位得到應用，已成為鑄造工作者在優化鑄造工藝設計，校核工藝方案，預測及控制鑄件質量及新產品研制等方面的得力助手，并取得了顯著的經濟及社會效益。
展開 基于ProCAST的消失模鑄造工藝的數值模擬研究
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基于ProCAST的消失模鑄造工藝的數值模擬研究
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基于ProCAST的消失模鑄造工藝的數值模擬研究.pdf
展開 鋁合金消失模鑄造中縮孔的數值模擬
圖6為采用C356鋁合金由消失模鑄造而成的直列式六缸氣缸體，左圖白色區域為實際鑄件的縮孔發生區域，右圖白色區域為數值模擬的縮孔發生區域。圖6b仿真結果顯示在缸套與排氣管之間形成大面積孔洞。對實際鑄件在該區域切片，可以看到在仿真預測結果處確認存在著縮孔
結論
本文開發出一個新型方法，目的是在數值模擬中提高鋁硅合金消失模鑄造中縮孔的準確性。以往采用公布的熱物性數據進行仿真，對廢品率極高的鑄件仿真極其不準確。采用一種硅等價修正法讓冷卻曲線在實驗與仿真結果更加接近。
仿真結果顯示在兩種不同消失模鑄件中縮孔準確性得到大幅提高。未來模擬工作將集中在提高球墨鑄鐵消失模及過共晶鋁硅的鑄件孔洞預測準確性。
該模擬工作目的是協助消失模鑄造在鋁鐵鑄造廠中，在加工前利用模擬軟件找出縮孔準確位置，讓廢品率降低最低。
致謝
Support for this study came from the AMC PRO-ACT program sponsored by the Defense Supply Center Philadelphia, Philadelphia, PA and AFS Division 11.
參考文獻
Bounds, S., Moran, G., Pericleous, K., Cross, M., and Croft, T.N., Metall. Trans. B, v 31, No. 3, 2000.
Campbell, J., Castings, Butterworth-Heinemann, 1997.
展開 
華鑄cae軟件在金屬型鑄造中的應用(一)
摘要:隨著計算機硬件水平的提高,鑄造ｃａｅ軟件對實際生產的指導作用越來越顯著。本文介紹了華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的基本功能和原理,并給出了在鋁合金輪轂鑄件上的應用實例,應用表明該軟件能夠準確地預測鋁合金輪轂鑄件中的縮松縮孔等鑄造缺陷,輔助工藝人員進行工藝優化,指導實際鑄件生產。 關鍵詞:華鑄ｃａｅ;金屬型;鑄造缺陷
鑄造過程數值模擬技術是利用計算機技術來改造和提升傳統鑄造技術,對降低產品成本、提高鑄造企業競爭力有著不可替代的作用,它的應用和推廣必將為鑄造行業帶來很大的經濟效益和社會效益。
國內外許多通用的商品軟件如德國的ｍａｇｍａ、美國的ｐｒｏｃａｓｔ、ｆｌｏｗ 3ｄ、清華大學的ｆｔ ｓｔａｒ、華中科技大學的華鑄ｃａｅ等都能夠有效地預測鑄件縮孔類缺陷,其準確性基本上達到了定量的程度。充型過程的數值模擬其理論和算法也趨于完善,對充型過程類缺陷如澆不足、冷隔、卷氣、夾渣等也能夠進行有效的定性的預報。對于應力場以及組織模擬也取得了一些可喜的進展。下面先介紹華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的原理和基本功能,在此基礎上介紹其應用實例。
1 華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊概況
金屬型鑄造有其自身的特點,這些特點在數值模擬軟件中要加以考慮。下面將談談如何利用華鑄ｃａｅ軟件優化鑄件工藝的流程、華鑄ｃａｅ軟件的數學模型以及華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的基本功能。
1 1 利用華鑄ｃａｅ軟件優化工藝流程
鑄造過程數值模擬軟件一般包括前置處理模塊、計算分析模塊以及后置處理模塊。前置處理模塊包括對鑄件、砂芯、冷鐵以及鑄型等的三維造型和網格剖分;計算分析模塊是對鑄件/鑄型系統的各物理場進行求解;后置處理模塊是把計算結果以曲線、圖形、圖像以及動畫等表達方式直觀有效地表達出來。
展開 松馳因子對鑄造充型過程模擬軟件的影響
Keywords:Foundry;Simulationofmoldfilling;SOR;Slackfactor
準確地預測金屬液充型時的流速,流態及傳熱并加以控制,是消除有關鑄造缺陷,提高鑄件質量的關鍵[1].隨著計算機及數值計算技術的完善,利用計算機對充型過程進行數值模擬已成為可能.充填過程數值模擬即通過建立并求解描述這一過程的微分方程,得到充型過程中壓力場,速度場,溫度場以及自由表面的定量變化,從而為選擇正確的澆注方法,控制成形中缺陷的產生奠定科學基礎[2].鑄造充型過程數值模擬計算中,速度場,壓力場的求解非常重要[3].在現有的大部分鑄造充型過程數值模擬軟件中,速度場,壓力場的求解都采用松馳迭代法,因此,松馳因子的選取就顯得極為重要.1 超松馳迭代法Gauss-Seidel迭代法的公式[4]:
x
i(k+1)=
b
i
-∑i-1
j=1
a
ij
x
j(k+1)-∑n
j=i+1
a
ij
x
j(k
())
a
ii
i=1,2,……,n.
再用某個參數w作加權平均,即
x
i(k+1)=w x
i(k+1)+(1-w)x
i(k)
=x
i(k)+w( x
i(k+1)-x
i(k))
i=1,2,……,n.
或整理成
wx
i(k+1)=(1-w)x
i(k)+
wb
i
-∑i-1
j=1
a
ij
x
j(k+1)-∑n
j=i+1
a
ij
x
j(k())
a
ii
i=1,2,……,n.
展開 鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵件縮松縮特性探索，數值模擬技術、實例講解6類補縮方法
因此，不管采用何種工藝，球鐵件總是需要補縮的，只要鑄型剛度足夠，球鐵就不會產生收縮的觀點是不對的，鐵型覆砂鑄造工藝也不例外。
2 數值模擬技術的應用
鑄造CAE技術是采用計算機及相關軟件對鑄件的充型和凝固過程進行數值模擬，并對得到的數據進行處理分析，以預測缺陷，優化工藝。
充型模擬是模擬金屬液在鑄型中的流動過程對鑄件成形的影響，金屬液平穩的流動和合理的充型順序是保證鑄件質量的重要條件，也是合理的凝固順序的前提條件。通過充型模擬可以分析金屬液在澆冒口系統中的流動狀態，優化澆冒口系統，避免金屬液的流股分離，降低金屬液對模型的沖洗侵蝕。凝固過程是金屬液充滿型腔后，由液態向固態轉變的過程。通過凝固模擬可以分析金屬液在鑄型中的凝固順序，并可對凝固過程中出現的缺陷進行預測。
目前，數值模擬技術已經廣泛的應用于鑄造工藝設計。鐵型覆砂鑄造工藝相比一般砂型鑄造工藝其傳熱過程相對復雜，包括“鑄件-覆砂層-鐵型-大氣”之間的傳熱，在通過試驗及生產實踐驗證后，該工藝的模擬分析也相對成熟、可靠。
3 球鐵件的補縮方法
鐵型覆砂鑄造工藝的兩大特點是：①鑄型剛性好；②調節鑄型內各個部位的覆砂層厚度，可以在一定程度上改善各部位的冷卻速度。所以，在工藝設計時要充分利用其優勢。
展開 鋁合金薄壁殼體低壓鑄造工藝方案設計
圖7 鑄件局部結構圖
圖8 鑄件局部冷卻系統
4 優化工藝方案后對鑄件力學性能的影響
在鑄造數值模擬領域，一般用二次枝晶間距值來反映鑄件的力學性能。工藝方案優化之前，鑄件的二次枝晶間距最大值為58.90 μm，經過以上優化步驟之后，鑄件的二次枝晶間距最大值為52.50 μm，優化前后二次枝晶間距值對比，如圖9所示。二次枝晶間距值減小了10.87%，顯著提高了鑄件的力學性能，后續可以通過優化澆注工藝參數的方式進一步減小鑄件二次枝晶間距值，繼續提升鑄件力學性能。
圖9 優化前后二次枝晶間距值對比圖
鑄造工藝方案優化前，工廠反應鑄件成形質量不佳，力學性能較差。鑄造工藝方案優化后，在試制殼體數值模擬缺陷最嚴重處取樣，具體處在圖7表示的位置，該位置的金相圖如圖10所示。根據該圖可以推斷出殼體內部組織均勻，無明顯縮松、縮孔現象，鑄件力學性能明顯改善，驗證了工藝方案的正確性。
圖10 鑄件數值模擬缺陷最嚴重處金相圖
5 結論
（1）通過優化澆注系統，鑄件缺陷從3.84 cm3減少到0.34 cm3，大幅度提高了鑄件的成形質量。
（2）鑄件與模具之間的換熱系數會顯著影響鑄件成形質量，對于本文研究對象來說，合理降低下模與鑄件的傳熱系數有助于改善鑄件的成形質量。
（3）綜合利用保溫和冷卻措施改善了鑄件結構復雜、難以順序凝固處的成形質量。
（4）使鑄件二次枝晶間距值降低了10.87%，提高了鑄件的力學性能。
作者：王宇航，蘇小平
來源：《鑄造》雜志202208期
展開 鑄造模擬分析-鑄造缺陷對機械性能的影響
鑄造缺陷是否會影響鑄件性能？
一定會，而且涉及到缺陷的程度，以及是否位于關鍵位置上。這也是工業上一直擔心的問題，也是在鑄造中引入性能分析的
單純的結構分析軟件可以解決問題嗎？
目前的結構分析軟件，分析的是理想狀態。當然，分析過程中考慮了足夠的安全系數。但是，一旦鑄造缺陷過于集中，則完全破壞了“理想狀態”的假設。需要用到“聯合仿真”，也就是先用鑄造模擬軟件分析缺陷，再輸出到結構分析軟件中，具體過程是復雜的，這里不詳細描述。而Cast-Designer CDPE 使用的是同一套網格，可以直接耦合計算。
目前可以考慮的鑄造缺陷有哪些？
主要是一些會影響機械性能的缺陷，目前包括了縮孔、氣孔和殘余應力。
目前可以考慮的載荷有哪些？
Cast-Designer CDPE是基于三維非線性有限元求解器，分析內容包括靜態加載、動態加載、熱加載三種。
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
請點“在看”或分享，也歡迎留言。
Cast-Designer 熱分析與DFM免費報告：
長按識別二維碼，填寫表格，獲得熱分析與DFM免費報告：
展開 學習記錄——Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
今天學習的案例是Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數值模擬。難點是小車行駛過程中整車產生的重力引起的輪胎變形的不同等效形式和復雜時域載荷如何施加到系統模型當中。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動、固定和移動
1.3.3網格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉動副
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
時間0.1s，初始步數25，最小步數20，最大步數250，打開大變形。
下面是本案例的思維導圖。
展開 【CFD數值模擬算例】水面浮體（浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應數值模擬
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術，模擬實際海洋環境中的波浪。
調整波浪參數，如波高、波長、周期等，以匹配實際條件。
3、流固耦合分析
設置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動網格技術，以適應浮體的運動。
應用合適的數值方法，如有限元法(FEM)或有限體積法(FVM)，解決流固耦合方程。
4、動力響應計算
求解浮體的運動方程，得到其位置、速度和加速度隨時間的變化。
分析浮體的動力響應，包括振幅、頻率和響應譜等。
5、結果可視化與驗證
使用可視化工具，展示浮體的運動軌跡、波浪形態和流體動力變化。
通過與實驗數據或其他可靠來源的對比，驗證模擬結果的準確性。
6、參數化與優化
改變浮體的幾何參數、材料屬性或運行條件，觀察其對動力響應的影響。
基于數值模擬結果，提出浮式風電塔設計的優化建議。
7、模擬報告與文檔
編寫詳細的模擬報告，記錄模型設置、方法、結果和結論。
整理相關的文檔和腳本，確保模擬過程可重復和可追溯。
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應進行詳細的數值模擬，以支持工程設計和決策。
文章內容轉自：“云數仿真”公眾號
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鑄造模擬軟件CASTsoft 模擬實例
鑄造模擬軟件CASTsoft 模擬實例
ProCAST有限元鑄造工藝模擬軟件 附鑄造工藝仿真ProCAST從入門到精通下載
proCAST可以進行澆注，凝固，應力及微觀組織的模擬，將工藝人員的設計方案在計算機上復現，幫助判定其可執行性。
高壓鑄造
高壓鑄造過程與模具及壓鑄機設備密切相關，ProCAST軟件可以就高壓鑄造生產全過程進行模擬，包括壓室內的金屬液注入，多級壓射過程等。同時擁有壓鑄機數據庫，可根據實際鑄造工藝與鑄件參數，分析PQ2圖，確定工藝窗口，結合模擬效果，優化相關參數。
離心鑄造
ProCAST軟件具有專業的立式離心鑄造仿真模塊，求解不同離心轉速參數下，鑄件的充型及凝固過程。
連續鑄造
ProCAST提供了連鑄和半連鑄工藝仿真的完整解決方案。能夠通過兩種方式對連鑄工藝進行模擬：1、穩態模擬，固定模型，固態金屬以鑄造速度穿過模型區域；2、非穩態模擬，瞬態模擬，模型隨鑄造過程延伸，該區域延伸采用MiLE算法-Mixed lagrangian –Eulerian。
消失模鑄造
消失模鑄造模擬需要考慮泡沫燃燒區域和產生的壓力對充型過程的影響，以及燃燒后產生的氣體與砂的滲透作用。ProCAST軟件具有專業的物理模型，精確處理消失背后的復雜過程。
半固態鑄造
當一種半固態材料被注入模具型腔后，他的速度取決于它自身及之前注入型腔中的材料的剪切速率。如果剪切速率很大，那么已凝固枝晶就被破壞，流動性就會增加，ProCAST開發了專業模型來解決這類問題。
射砂制芯
射砂制芯模塊是ESI GROUP 與Asland，CTI,CTIF,IMFT,Infun，Laempa，Teksid和Weir鑄造廠聯合開發。
ProCAST制芯工藝模塊能夠精確的預測射砂過程和氣體缺陷，包括不完全填充，抵抗壓強度和低硬度區域。
展開 【CFD數值模擬算例】船舶運動數值模擬自動化智能化方法
船舶運動數值模擬自動化智能化防范
【計算軟件】OpenFOAM開源平臺
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】基于OpenFOAM流體力學開源軟件提出了船舶運動值模擬自動化和智能化方法，可使計算流程自動完成；通過逐個分析不同參數的影響，智能化分析多工況數值模擬結果和大數據平臺，可得到優化的計算參數，從而使數值模擬的人工處理部分最大限度地減少，同時計算過程達到最大程度地簡化，數值計算結果可靠，可滿足工程應用的需求。自動化和智能化處理的概念和方法，也可用于其他數值模擬領域。
【工程應用】船舶阻力、螺旋槳敞水、船槳舵自航等
【創新貢獻】自動化計算流程（一鍵計算）+智能化計算參數優化
【算例文件】關注微信公眾號“云數仿真”進行咨詢或聯系jianchen122004@126.com
更多精彩內容請關注微信公眾號“云數仿真”...
展開 專家解答 | GMS地下水數值模擬、地面沉降數值模擬實踐技術應用與案例分析
通過對案例模型的實操強化培訓，不僅使學員掌握地下水數值模擬軟件GMS10.1的全過程實際操作技術的基本技能，而且可以深刻理解模擬過程中的關鍵環節，以解決實際問題能力。同時為滿足環評從業人員進一步加強地下水數值模擬以解決《環境影響評價技術導則－地下水環境》（HJ 610－2016）實施過程中的困難。
培訓目標：
1.掌握GMS的建模流程，包括三維地質結構建模、直接建模及概念模型建模，熟悉軟件的基本操作。
2.掌握GMS基本模塊TIN、Solids、Modflow2000/2005、MT3DMS、MODPATH、PEST、SEAWAT在模擬地下水流動、地下水溶質運移、質點運移和海水入侵模塊的應用過程。
3.掌握GMS模型輸出數據的處理，相關圖件的編制和模擬結果的三維可視化展示。
4.能夠利用數值模型進行均衡計算和地下水資源量評價。
5.領會最新地下水環境影響評價導則（HJ 610-2016），掌握地下水環評報告的撰寫提綱和撰寫要點。
6.通過手把手的5個實例操作指導和面對面討論交流，使學員能夠全流程掌握數值模擬方法，并能夠對模擬中出現的問題進行快速診斷處理。（請提前配置學習所需軟件環境，所需自備）
課程內容詳情
學時與證書頒發：
參加會議的學員可以獲得《地下水建模及環評技術應用》專業技術培訓證書及學時證明，上網可查。
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