一種鑄造模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明創(chuàng)造屬于計(jì)算機(jī)鑄造模擬領(lǐng)域，尤其是涉及一種鑄造模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]模擬算法中的經(jīng)典方法有S0LA_V0F(solut1nalgorithm volume of fluid)經(jīng)典兩相流計(jì)算程序。OpenGL(全寫Open Graphics Library)是個(gè)定義了一個(gè)跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口規(guī)格的專業(yè)的圖形程序接口，它用于三維圖像(二維的亦可)，是一個(gè)功能強(qiáng)大，調(diào)用方便的底層圖形庫(kù)。
[0003]關(guān)于鑄造性能的模擬程序有很多，不過更加優(yōu)化更加便利的模擬方法仍在不斷地開發(fā)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種鑄造模擬系統(tǒng)，以提供一種更加優(yōu)化更加便利的模擬方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種鑄造模擬系統(tǒng)，包括網(wǎng)格模塊、溫度場(chǎng)求解模塊、流場(chǎng)求解模塊和數(shù)據(jù)可視化模塊，通過CPU控制首先在網(wǎng)格模塊劃分網(wǎng)格，然后在經(jīng)過溫度場(chǎng)求解模塊和流場(chǎng)求解模塊的計(jì)算，最后從數(shù)據(jù)可視化模塊輸出。
[0007]網(wǎng)格模塊采用邊界法編制基于規(guī)則直角六面體網(wǎng)格單元。
[0008]溫度場(chǎng)求解模塊采用顯式直接差分算法，采用溫度回升法和等效比熱法進(jìn)行潛熱處理。
[0009 ]流場(chǎng)求解模塊采用SOLA-VOF方法。
[0010]數(shù)據(jù)可視化模塊采用OpenGL技術(shù)編制圖形，對(duì)剖分網(wǎng)格圖形進(jìn)行真實(shí)感顯示、實(shí)時(shí)平移、旋轉(zhuǎn)和縮放變換。
[0011]進(jìn)一步的，網(wǎng)格模塊采用外部種子填充算法對(duì)同材質(zhì)非連通區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格剖分。
[0012]進(jìn)一步的，流場(chǎng)求解模塊中自由表面的運(yùn)動(dòng)情況用體積函數(shù)進(jìn)行跟蹤，并采用體積守恒和動(dòng)量守恒原理處理自由表面的速度及壓強(qiáng)邊界條件。
[0013]進(jìn)一步的，溫度場(chǎng)與流動(dòng)場(chǎng)采用雙向耦合算法，并采用溫度回升法和等效比熱法進(jìn)行潛熱處理。
[0014]進(jìn)一步的，縮孔縮松預(yù)測(cè)采用動(dòng)態(tài)孤立多熔池判定、孤立熔池等效液面下降法建立縮孔縮松的計(jì)算模型，對(duì)縮孔縮松的分布情況、大小、位置進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)造所述的鑄造模擬系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì):
[0016]可以直觀的看到鑄件澆注及凝固過程。在實(shí)際生產(chǎn)前，通過模擬即可設(shè)計(jì)出最優(yōu)的鑄造工藝方案，用最短的時(shí)間生產(chǎn)出高質(zhì)量、高出品率的鑄件。幫助企業(yè)降低成本，提高利潤(rùn)率，提高鑄造企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0017]通過流體計(jì)算模塊可以觀察到充型過程中的溫度變化，液態(tài)金屬的流速及充填過程中的液態(tài)金屬的壓力。通過流場(chǎng)模擬可以獲知液態(tài)金屬通過澆注系統(tǒng)充填型腔的情況，分析鑄件及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，并預(yù)測(cè)與流動(dòng)相關(guān)的如澆不足、氧化夾渣、夾雜等缺陷。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步理解，本發(fā)明創(chuàng)造的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)施例所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0021]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造。
[0022]HYCAST鑄造模擬系統(tǒng)采用有限差分算法，包括網(wǎng)格剖分、溫度場(chǎng)求解器、流場(chǎng)求解器和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。
[0023]網(wǎng)格剖分方面，采用最新的高效算法一邊界法編制基于規(guī)則直角六面體網(wǎng)格單元的自動(dòng)剖分程序，該算法剖分速度快，容錯(cuò)處理簡(jiǎn)單。具有通用性，能夠?qū)θ我鈴?fù)雜的三維鑄件進(jìn)行網(wǎng)格剖分，形成的網(wǎng)格圖形能夠以較高精度近似原實(shí)體。程序采用了 “外部種子填充算法”，使該軟件能夠?qū)ν馁|(zhì)非連通區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格剖分，且能夠進(jìn)行任意多種材料的裝配剖分。
[0024]溫度場(chǎng)方面，采用顯式直接差分法進(jìn)行計(jì)算。采用溫度回升法和等效比熱法進(jìn)行潛熱處理。溫度場(chǎng)計(jì)算程序?qū)?shí)際生產(chǎn)鑄件的模擬結(jié)果表明和實(shí)際情況基本吻合。在軟件界面開發(fā)方面，編制了完整的圖形操作界面，該界面將網(wǎng)格剖分、溫度場(chǎng)計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化集成在一起，形成了操作簡(jiǎn)單，功能完整的鑄造溫度場(chǎng)計(jì)算數(shù)值模擬軟件。
[0025]流動(dòng)場(chǎng)方面，米用國(guó)際流行的S0LA_V0F(solut1nalgorithm volume of fluid)方法，與其他算法相比，該方法具有精度高，計(jì)算速度快等特點(diǎn)，最適合工程應(yīng)用。其中自由表面的運(yùn)動(dòng)情況用體積函數(shù)進(jìn)行跟蹤，并采用體積守恒和動(dòng)量守恒原理處理自由表面的速度及壓強(qiáng)邊界條件，最大程度的保證計(jì)算精度。
[0026]耦合計(jì)算方面，能夠進(jìn)行溫度場(chǎng)與流動(dòng)場(chǎng)的計(jì)算雙向耦合，并采用溫度回升法和等效比熱法進(jìn)行潛熱處理。
[0027]在縮孔縮松預(yù)測(cè)方面，采用動(dòng)態(tài)孤立多熔池判定、孤立熔池等效液面下降法建立縮孔縮松的計(jì)算模型，能夠?qū)s孔縮松的分布情況、大小、位置進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。
[0028]冷隔缺陷，通過溫度場(chǎng)和流動(dòng)場(chǎng)的耦合計(jì)算，當(dāng)液態(tài)金屬中的固相分?jǐn)?shù)大于臨界的固相分?jǐn)?shù)，金屬液就停止流動(dòng)，形成冷隔。
[0029]數(shù)據(jù)可視化方面，采用當(dāng)前最先進(jìn)的OpenGL技術(shù)，編制了完整的圖形顯示程序。程序具有對(duì)剖分網(wǎng)格圖形進(jìn)行真實(shí)感顯示、實(shí)時(shí)平移、旋轉(zhuǎn)、縮放變換等功能。同時(shí)，該程序還可以顯示STL文件以觀察鑄件的三維實(shí)體，并初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)鑄件凝固過程的動(dòng)態(tài)顯示。
[0030]HYCAST軟件材料庫(kù)包含上百種合金材料及其相關(guān)性能參數(shù)?？梢阅M灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼、鋁、銅、鎂、鎳基合金等各種合金材料的鑄造工藝。
[0031 ] HYCAST能模擬濕型砂鑄造，化學(xué)粘結(jié)劑砂型鑄造(樹脂砂、水玻璃砂等)，熔模鑄造和金屬型鑄造工藝。可以模擬冒口套(保溫或者發(fā)熱)，冷鐵，覆蓋劑，冷卻管道，加熱裝置及其他工藝輔助材料的作用。
[0032]HYCAST采用通用的模型文件接口(STL)，可以從所有三維設(shè)計(jì)軟件(如UG、Proe、Cat ia、So Iidworks等等)中導(dǎo)入模型。
[0033]通過HYCAST可以直觀的看到鑄件澆注及凝固過程。在實(shí)際生產(chǎn)前，通過模擬即可設(shè)計(jì)出最優(yōu)的鑄造工藝方案，用最短的時(shí)間生產(chǎn)出高質(zhì)量、高出品率的鑄件。幫助企業(yè)降低成本，提尚利潤(rùn)率，提尚鑄造企業(yè)的市場(chǎng)克爭(zhēng)力。
[0034]通過流體計(jì)算模塊可以觀察到充型過程中的溫度變化，液態(tài)金屬的流速及充填過程中的液態(tài)金屬的壓力。通過流場(chǎng)模擬可以獲知液態(tài)金屬通過澆注系統(tǒng)充填型腔的情況，分析鑄件及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，并預(yù)測(cè)與流動(dòng)相關(guān)的如澆不足、氧化夾渣、夾雜等缺陷。
[0035]本鑄造模擬系統(tǒng)的應(yīng)用范圍如下:
[0036]多類合金材質(zhì):包括鑄鋼類、鋁合金類、鎂合金類、鋅合金類、鈦合金類、銅合金類；
[0037]多種鑄造方法:包括砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造等；
[0038]可以模擬整個(gè)鑄造過程的充型及凝固狀態(tài)；
[0039]可以進(jìn)行金屬型鑄造的多周期、多階段全流程的分析，并充分考慮水、油、氣等不同冷卻介質(zhì)的各種復(fù)雜冷卻條件；
[0040]采用目前最準(zhǔn)確的“熱容積”法計(jì)算重力補(bǔ)縮，可以直接準(zhǔn)確模擬縮孔縮松的形成過程，實(shí)現(xiàn)了縮孔縮松的位置、形狀和大小的定量的模擬；
[0041]模擬澆注過程卷氣、夾雜形成過程，預(yù)測(cè)相應(yīng)的缺陷、優(yōu)化澆注系統(tǒng)、澆注工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鑄造模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括網(wǎng)格模塊、溫度場(chǎng)求解模塊、流場(chǎng)求解模塊和數(shù)據(jù)可視化模塊，通過CPU控制首先在網(wǎng)格模塊劃分網(wǎng)格，然后在經(jīng)過溫度場(chǎng)求解模塊和流場(chǎng)求解模塊的計(jì)算，最后從數(shù)據(jù)可視化模塊輸出； 網(wǎng)格模塊采用邊界法編制基于規(guī)則直角六面體網(wǎng)格單元， 溫度場(chǎng)求解模塊采用顯式直接差分算法，采用溫度回升法和等效比熱法進(jìn)行潛熱處理， 流場(chǎng)求解模塊采用SOLA-VOF方法， 數(shù)據(jù)可視化模塊采用OpenGL技術(shù)編制圖形，對(duì)剖分網(wǎng)格圖形進(jìn)行真實(shí)感顯示、實(shí)時(shí)平移、旋轉(zhuǎn)和縮放變換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造模擬系統(tǒng)，其特征在于:網(wǎng)格模塊采用外部種子填充算法對(duì)同材質(zhì)非連通區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格剖分。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造模擬系統(tǒng)，其特征在于:流場(chǎng)求解模塊中自由表面的運(yùn)動(dòng)情況用體積函數(shù)進(jìn)行跟蹤，并采用體積守恒和動(dòng)量守恒原理處理自由表面的速度及壓強(qiáng)邊界條件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造模擬系統(tǒng)，其特征在于:溫度場(chǎng)與流動(dòng)場(chǎng)采用雙向耦合算法，并采用溫度回升法和等效比熱法進(jìn)行潛熱處理。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造模擬系統(tǒng)，其特征在于:縮孔縮松預(yù)測(cè)采用動(dòng)態(tài)孤立多熔池判定、孤立熔池等效液面下降法建立縮孔縮松的計(jì)算模型，對(duì)縮孔縮松的分布情況、大小、位置進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供了一種鑄造模擬系統(tǒng)，包括網(wǎng)格模塊、溫度場(chǎng)求解模塊、流場(chǎng)求解模塊和數(shù)據(jù)可視化模塊，通過CPU控制首先在網(wǎng)格模塊劃分網(wǎng)格，然后在經(jīng)過溫度場(chǎng)求解模塊和流場(chǎng)求解模塊的計(jì)算，最后從數(shù)據(jù)可視化模塊輸出。本發(fā)明創(chuàng)造所述的模擬系統(tǒng)可以直觀的看到鑄件澆注及凝固過程。在實(shí)際生產(chǎn)前，通過模擬即可設(shè)計(jì)出最優(yōu)的鑄造工藝方案，用最短的時(shí)間生產(chǎn)出高質(zhì)量、高出品率的鑄件。幫助企業(yè)降低成本，提高利潤(rùn)率，提高鑄造企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105447282
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511035260
【發(fā)明人】張新宇, 馬軍賢
【申請(qǐng)人】天津浩宇天仿科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日