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铸造充型过程的计算机模拟

专 业: 材料加工工程
关键词: 铸造 数值模拟 流场 耦合 温度场 数值计算
分类号: TG21
形 态: 共 79 页 约 51,745 个字 约 2.475 M内容
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内容摘要


本文介绍了当前铸造充型过程数值模拟的发展现状和趋势,介绍了国内外主要的模拟软件,以及在研究过程中存在的主要问题.我国的计算机数值模拟领域与国外相比还有很大的差距,本文讨论了开发铸造充型过程数值模拟软件的必要性和重要性.本文在流体力学基本概念的基础上,以流体流动的三联控制方程组为基础,利用有限差分法推导出了充型过程的动量、能量差分格式.根据SOLA法和能量守恒建立了求解充型过程流场的程序流程图.在连续性方程流量平衡思想的指导下,对流体计算域的各种边界条件进行了假设,应用于充型过程的数值计算中.文中基于VOF法推导了一个简单有效的三维自由表面处理方法,可以计算表面网格的流量变化,并用于充型过程的数值模拟中.根据能量守恒定律和对流、传导热计算公式,建立了温度场耦合速度场的计算程序.本文采用面向对象编程方法和编程,利用Visual C++6.0在Windows操作系统上开发了铸造充型过程数值计算软件.本软件以课题组已开发完成的凝固模拟软件为平台,在已具有前处理部分和后处理显示部分的基础上,进行充型过程温度场耦合速度场的数值计算,最终可得到充型完成时整个铸件的温度场分布及充型过程中的流动形态的图像显示.利用本文开发的软件所得的计算结果与试块铸件的实际充型情况进行了比较,两者基本相符,证明本文开发的软件可用于实际铸造生产过程.基本达到了课题的开发目的……

全文目录


摘要
第一章 绪论
1.1 选题背景和研究意义
1.2 发展历史和国内外研究现状
1.2.1 以伯努利方程为核心的数值解法
1.2.2 以三联方程为基础的数值解法
1.3 凝固过程模拟软件的开发状况
1.4 选题依据
1.5 的主要研究内容
第二章 流体力学的基本概念
2.1 流体力学的一些基本概念
2.1.1 连续介质假设
2.1.2 流体的输运性质
2.1.3 描述流体运动的两种方法--拉格朗日方法和欧拉方法
2.1.4 体系和控制体
2.1.5 随体导数
2.1.6 体积分的随体导数
2.1.7 速度分解定理与变形速度张量
2.1.8 应力张量本构方程
2.1.9 伯努利方程
2.1.10 自由面边界条例
2.2 充型过程模拟的基本方法
2.2.1 基本方程
2.2.2 数值解法
2.2.3 速度压力法
2.2.4 自由表面的确定
2.3 充型过程模拟中的基本问题
第三章 数学模型的建立及其离散化
3.1 液体金属充型过程的特点
3.2 数学模型
3.3 有限差分法基础
3.3.1 基本概念
3.3.2 差分格式及其构造方法离散化方法
3.3.3 差分方程的相容性、收敛性和稳定性
3.3.4 差分方程组的解法
3.3.5 数值效应
3.4 数学模型的离散化
3.4.1 数学模型的建立
3.4.2 交错网格
3.4.3 数学模型的离散
第四章 充型过程流场分析和数值计算
4.1 流场计算
4.1.1 SOLA方法
4.1.2 算法的迭代性质及松弛性质
4.1.3 边界条件的处理
4.2 自由表面的处理
4.2.1 VOF方法的基本概念
4.2.2 自由表面边界条件
4.3 数值稳定性条件
第五章 完整的充型模拟计算过程
5.1 耦合温度场计算
5.1.1 能量方程的离散及求解
5.1.2 传热边界条件
5.2 浇注条件
5.3 初始条件
5.4 网格的划分
5.5 有关参数的选取
5.5.1 时间步长的确定
5.5.2 壁面摩擦因子γ的确定
5.5 计算流程
第六章 程序设计
6.1 面向对象方法和C++语言
6.2 WINDOWS编程
6.3 面向对象分析
6.4 程序设计
6.4.1 界面对话框设计
6.4.2 程序结构设计
6.4 程序设计的几个问题
6.4.1 浮点数计算
6.4.2 数据结构
6.5 前处理和后处理
第七章 实验验证
7.1 实验方案
7.2 实验结果对比
7.2.1 Benchmark标准试块计算结果比较
7.2.2 水力模拟实验验证
第八章 结论
参考文献

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中图分类: > TG21 > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 铸造 > 铸造理论

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