Моделирование тепловых и усадочных процессов при затвердевании отливок из высокопрочных алюминиевых сплавов и разработка системы компьютерного анализа литейной технологии

• Автор: Тихомиров, Максим Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Литературный обзор.

Гпава 1. Тепловые процессы в затвердевающей отливке. Учет и экспериментальное определение тепловыделения в интервале

затвердевания

Гпава 2. Исследование физических процессов на границе между отливкой и формой. Формулирование физической модели

граничной теплопередачи

Глава 3. Экспериментальное определение параметров граничной

теплопередачи для различных способов литья.

Гпава 4. Численный метод решения

Метод конечных элементов.

Гпава 5. Усадочнофильтрационные процессы в затвердевающей
отливке.
Глава 6. Применение системы компьютерного моделирования
литейных процессов в условиях реального производства
Литература


Научная новизна работы заключается в разработке более сложных и адекватных представлений об особенностях моделируемых процессов на базе проведенных экспериментальных и численных исследований, формулировке соответствующих физических моделей, модификации численных алгоритмов в соответствии с особенностями физических постановок, а также в экспериментальном определении физических параметров используемых сплавов. Практическая ценность работы состоит в разработке САМ ЛП "Полигон" [,,,,], которая была неоднократно и успешно применена при отработке литейных технологий на ряд отливок общего и специального назначения. Кроме того, данная система получила широкое распространение на различных литейных производствах России и СНГ [,,,,,,]. ВУЗов в целях обучения [,]. Физико-математическая модель теплопередачи между отливкой и формой (экспериментально исследованная и математически сформулированная) предполагающая одновременное существование равномерно распределенных пятен относительного плотного контакта и теплопередачи через газовый зазор. Экспериментальное определение теплофизических и усадочнофильтрационных параметров группы высокопрочных алюминиевых сплавов, а также параметров граничной теплопередачи для ряда специальных способов литья. Реализация уточненных моделей и алгоритмов в рамках МКЭ и разработка системы компьютерного моделирования литейных процессов для широкого класса сплавов и способов литья. Большинство прикладных задач моделирования литейных процессов не имеет строгого аналитического решения. При принятии ряда допущений, обычно, возможно построение достаточно адекватных аналитических моделей для конкретных условий, например, для тел простейшей конфигурации [,,,]. Однако, в настоящее время наиболее универсальным и мощным способом решения задач моделирования сложных физических процессов, протекающих в жидком и затвердевающем металле, является применение численных методов [,]. Аналитические решения задач теории литейных процессов (ТЛП), как и задач большинства других разделов прикладной физики, судя по общему характеру публикуемых работ, сейчас чаще всего встраиваются в те или иные численные алгоритмы. Системы численного компьютерного моделирования литейных процессов в настоящее время стали коммерческим продуктом [,,,,,,,], который активно применяют в реальных заводских условиях и зарубежные, и отечественные технологи. По степени востребованности конечным пользователем (заводским специалистом) системы моделирования являются наиболее эффектным и впечатляющим достижением ТЛП. Сравнение относительно современных публикаций посвященных расчетам литейных процессов [,,,,] с публикациями пятидесятых-семидесятых годов [,,,] показывает, что применение численных методов диктует определенные подходы к формулированию физических и математических моделей и алгоритмов их решения. С одной стороны, численные методы не требуют специальных упрощений исходных постановок, с другой стороны обычно для численного решения приходится формулировать внутренние подмодели с учетом того конкретного численного метода, который предполагается применить. На первой стадии формирования моделей для численного решения (как и для аналитического) чаще всего требуется выделение условно независимых (автомодельных) процессов []. В принципе для численного решения нет ограничений на количество одновременно моделируемых процессов. При достаточно мелкой дискретизации по времени легко выстроить задачи в таком порядке, чтобы независимо моделируемые процессы при учете результатов моделирования на каждом временном шаге могли рассматриваться как одновременные и взаимовлияющие []. Однако, на практике это может привести к такому увеличению времени моделирования, что сделает его бессмысленным []. Выделение автомодельной области индивидуально для каждого процесса и условий его протекания, зависит от сплава, способа литья, вида отливки и т. При этом, однако, большинство авторов отмечают, что совместное решение различных задач в ряде случаев может существенно повысить адекватность моделирования. Например, при литье массивных стальных отливок , в процессе доливки доливаемый жидкий металл может расплавить мост и залечить нижние изолированные раковины, но этого может и не произойти. Дальнейший ход затвердевания будет различным для этих двух случаев.