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1 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 姓名:江婷 学号:04120025 22007-2008 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 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 3 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：4 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。5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：6 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 7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AlSi系多元合金，由于含硅量较高，AlSi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