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计算机在材料科学中的应用论文

计算机在材料科学中的应用论文
姓名:江婷 学号:04120025

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2007-2008 学年秋季学期(2007 年 10 月) 《计算机在材料科学中的应用 D》(模拟部分)期末小论文
姓 名 江婷 学 号 04120025 成 绩

1.前言(10 分)
传统的铸造方法铸造铸件时需要不断的试验,经过对铸造工艺的修改,得到 理想的铸造工艺和可以使用的铸件,这个过程需要丰富的经验和不断的尝试,需 要耗费大量的人力物力,不但成本大,而且效率很低。通过计算机对铸造凝固过 程的模拟可以很好的解决传统方法在工艺设计上的缺点,不但减少了成本上的支 出,还很好的解决了铸件内部的缺陷。 在数值模拟过程中,所应用的软件是CAE,CAE是Computer Aided Enqineering的缩写。计算 机在材料科学中的应用的CAE流程,基本思路是产品在设计开发的初期,建立数学物理模型, 通过计算机预测产品的性能,从而达到最优化的设计。 CAE 流程主要由预处理,计算,后处理组成,在预处理过程中,首先新建一个 Project,读 入 CAD 的 STL 文件,接着将 STL 文件差分为网格文件,最后进行参数设定,完成设定后, 进行计算,计算结束后,进行后处理,导入“流动方案”和“凝固方案” ,选择适当的视角, 将过程进行“动画生成” ,输出过程截图,进行分析,从而改进方案。

2.解析模型(STL)的建立过程(20 分)
由于没有经验,所以在建摸的过程中请教了很多同学和朋友,最终在一位研究生学长的指 导下完成了这个简单的零件模型。其制作过程如下: 1)简单轮廓制作

2)零件完整模型

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3)添加浇注系统(金属型)

4)将文件保存为STL 的格式。由于AUTOCAD 无法直接保存为STL 文件,需要通过 导出将文 件变为STL 文件。

3.金属液充型过程的模拟与结果分析(30 分)
金属液充型过程模拟的步骤如下: 1)将模型导入模拟软件,通过预览查看该模型的大致状态,并设定模型的性质(铸型,铸件 等) ; 2)点击Offset 将模型划分网格,并选择适当的精度,用Enmesh 读入网格,检验模型是否完 好,作必要的修补, (由于部分位置作图缺陷在次进行修补)设置Gate,并保存; 3)点击Parameter 设置参数(流动过程,凝固过程的必要参数)并保存,本次铸件选择A356, 为金属型铸造(iron) ,外层为空气(air) 4)点击Mold Filling 实施流动过程模拟; 5)导入流动方案,选择合适的视角,查看合金液充型情况,将过程生成动画,输出过程截图, 刻入光盘。 结果分析如下:

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图中 画圈处的温度明显高于其他铸件位置,是存在的问题。由于接口处,浇道的直径比铸件 的直径要大,导致金属液无法顺畅地流入铸件,而是不断地在接口处回流,致使充型过程不 流畅。 改进方案:减小浇道的直径,使其与铸件的直径相差尽量减小。

图中显示,金属液从直浇道直泻而下,在铸件底部会产生一些卷气,造成金属内部缺陷,影 响铸件性能。

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改进方案:增加局部通道达到减小产生卷气的目的。

上图为冲型后期金属液流动情况。

4.金属凝固过程的模拟与结果分析(30分)
凝固过程模拟操作的步骤与金属液充型过程大致相同,只是需要导入凝固方案。 结果分析如下:

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整个凝固过程比较稳定,如图显示,此时为生成固相率为 40.07%,铸件内部没有出现封闭环。

由图可知,此次凝固的最后位置在接口处,且没有形成缩孔,凝固的过程比较理想。

5.结论与体会(10 分)
在工程上,计算机模拟给我们带来了很多的方便之处,它可以很好的服务于人类,也是社

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会向前发展的重要体现。 此次计算机模拟我选的铸件是A356,A356合金为Al—Si系多元合金,由于含硅量较高,Al —Si共晶相以粗大的针状晶结晶,降低了力学性能,合金塑性很低,所以只有经过变质处理 使共晶硅由粗针状细化成颗粒状,从而改善合金的力学性能。变质处理后,它具有良好的 综合机械性能。然而,在上机过程中,我的其他参数与模型性质都是在老师和同学的帮助下 才完成的,自己很多东西也不是太明白。幸好杨老师给了我一次当小老师的机会,在帮助其 他同学的同时,相当于自己再重做了一遍,也使很多迷惑都变得清晰了,真是获益良多。

6.参考文献
[1] 杨弋涛 《凝固过程计算机模拟的基础与实践》上海大学出版社,2003,12

[2] 余伦

《A356合金力学性能的工艺研究》 湖南有色金属 2004年 20卷 1期

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