充型過程數(shù)值模擬一方面分析金屬液在澆冒口系統(tǒng)和型腔中的流動(dòng)狀態(tài),優(yōu)化澆冒口設(shè)計(jì)并仿真澆道中的吸氣,以消除流股分離和避免氧化,減輕金屬液對(duì)鑄型的侵蝕和沖擊;另一方面,分析充型過程中金屬液及鑄型溫度變化,預(yù)測(cè)冷隔和澆不足等鑄造缺陷。
充型過程數(shù)值模擬技術(shù)由于所涉及的控制方程多而復(fù)雜,計(jì)算量大而且迭代結(jié)果易發(fā)散，加上自由表面邊界問題的特殊處理要求使其難度更大，國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過多年研究已開發(fā)出了MAGMA軟件,Pro CAST等。MAGMA軟件可對(duì)中等復(fù)雜鑄件進(jìn)行三維流場(chǎng)分析，獲得比較符合實(shí)際情況的初始溫度場(chǎng)分布。
鑄造充型過程數(shù)值模擬技術(shù)主要有三種方法:
1 SIMPLE法,即壓力連接方程半隱式方法(Semi- Implicit Method for Pressure Linked Equation);
2 SMAC法,即簡化標(biāo)示粒子法(Simplifed Marker and Cell);
3 SOL A- VOF法,即解法 (Solu-tion Algorithm)及體積函數(shù)法 (Volume of Fluid)。
1.5 應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬
鑄件熱應(yīng)力的數(shù)值模擬是通過對(duì)鑄件凝固過程中熱應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算、冷卻過程中殘余熱應(yīng)力的計(jì)算來預(yù)測(cè)熱裂紋敏感區(qū)和熱裂紋的。應(yīng)力場(chǎng)分析可預(yù)測(cè)鑄件熱裂及變形等缺陷。
由于三維應(yīng)力場(chǎng)模擬涉及彈性-塑性-蠕變理論及高溫下的力學(xué)性能和熱物性參數(shù)等,研究的難度大�，F(xiàn)在研究多著重于建立專門用于鑄造過程的三維應(yīng)力場(chǎng)分析軟件包,有些研究是利用國外的通用有限元軟件對(duì)部分鑄件的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬分析,這對(duì)優(yōu)化鑄造工藝和提高鑄模壽命發(fā)揮了重要作用。應(yīng)力場(chǎng)模擬分析正向?qū)嵱没l(fā)展，但迄今為止還沒有一種科學(xué)方法準(zhǔn)確測(cè)量金屬鑄件各個(gè)部位的熱應(yīng)力或殘余應(yīng)力。
1.6 鑄件微觀組織模擬
鑄件微觀組織數(shù)值模擬是計(jì)算鑄件凝固過程中的成核、生長等,以及凝固后鑄件的微觀組織和可能具備的性能。鑄件微觀組織模擬經(jīng)過了定性模擬、半定量模擬和定量模擬階段，由定點(diǎn)形核到隨機(jī)形核。這一研究存在的問題是很難建立一個(gè)相當(dāng)完善的數(shù)學(xué)模型來精確計(jì)算形核數(shù),枝晶生長速度及組織轉(zhuǎn)變等。瑞士 M Rappaz教授與美國 Stefanescu教授在 1985年前后同時(shí)進(jìn)行該項(xiàng)目的研究。他們從宏觀溫度場(chǎng)入手,分別對(duì)鋁合金及鎳基合金和鐵的晶粒數(shù),晶粒尺寸分布及二次臂距進(jìn)行估算。鑄件微觀組織模擬研究今后將向定向凝固及單晶方面發(fā)展,同時(shí)在計(jì)算精度、計(jì)算速度等方面有很多工作要做。
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