材料液態(tài)成形模擬方法及其應(yīng)用

目錄
第1章緒論(1)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(1)
第1節(jié)研究目的與研究?jī)?nèi)容(1)
1. 研究目的(1)
2. 研究?jī)?nèi)容(2)
第2節(jié)數(shù)值分析方法(2)
1. 有限差分法（FDM）(2)
2. 有限元法（FEM）(3)
3. 有限體積法（FVM）(3)
4. 直接差分法（DFDM）(3)
5. 邊界元法（BEM）(4)
第3節(jié)CAE軟件組成(4)
1. 前處理模塊(4)
2. 計(jì)算分析模塊(5)
3. 后處理模塊(5)
本章小結(jié)(6)
本章習(xí)題(6)
第2章數(shù)值模擬方法基礎(chǔ)(7)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(7)
第1節(jié)有限差分法基礎(chǔ)(7)
第2節(jié)差分原理及逼近誤差(8)
1. 差分原理(8)
2. 逼近誤差(9)
第3節(jié)差分方程、截?cái)嗾`差和相容性(11)
第4節(jié)收斂性與穩(wěn)定性(15)
1. 收斂性(15)
2. 差分格式的依賴區(qū)間與影響區(qū)域(17)
第5節(jié)Lax等價(jià)定理(18)
第6節(jié)有限元法概述(19)
第7節(jié)變分原理(20)
第8節(jié)里茲法(20)
第9節(jié)有限元求解基本過程(21)
1. 確定位移插值函數(shù)(21)
2. 建立應(yīng)變應(yīng)力矩陣(23)
3. 建立單元?jiǎng)偠确匠?24)
4. 建立并求解整體剛度方程(24)
本章小結(jié)(24)
本章習(xí)題(25)
第3章溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解(26)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(26)
第1節(jié)傳熱的基本方式(26)
1. 熱傳導(dǎo)(26)
2. 熱對(duì)流(27)
3. 熱輻射(27)
第2節(jié)溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型(27)
1. 傅里葉定律(27)
2. 熱傳導(dǎo)微分方程(28)
第3節(jié)基于有限差分法的離散(29)
1. 二維場(chǎng)合的離散格式(29)
2. 三維場(chǎng)合的離散格式(30)
第4節(jié)初始條件與邊界條件(31)
1. 初始條件(31)
2. 邊界條件(32)
第5節(jié)潛熱處理(34)
1. 定義(34)
2. 考慮析出潛熱的熱能守恒式(34)
3. 固相率和溫度的關(guān)系(35)
4. 潛熱的實(shí)際處理方法(36)
第6節(jié)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬流程圖(40)
本章小結(jié)(40)
本章習(xí)題(41)
第4章溫度場(chǎng)模擬實(shí)例(42)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(42)
第1節(jié)概述(42)
第2節(jié)砂型鑄鋼件應(yīng)用實(shí)例(42)
1. 殼體鑄件凝固過程模擬(42)
2. 索箍鑄件的工藝優(yōu)化(43)
3. 大型下機(jī)架鑄鋼件工藝優(yōu)化(44)
4. 半齒圈工藝改進(jìn)(45)
5. 大型牌坊鑄鋼件凝固過程模擬(45)
6. 普通碳鋼閥體凝固過程模擬(46)
7. 不銹鋼閥體工藝改進(jìn)(46)
8. ∏型體鑄鋼件工藝改進(jìn)(48)
9. 某鑄鋼件工藝優(yōu)化(49)
10. 軋輥凝固過程模擬(49)
第3節(jié)熔模鑄鋼件應(yīng)用實(shí)例(51)
1. 熔模鑄件A凝固過程模擬(51)
2. 熔模鑄件B（錘頭）的工藝優(yōu)化(52)
3. 熔模鑄件C凝固過程模擬(52)
4. 熔模鑄件D的工藝優(yōu)化(52)
5. 熔模鑄件E凝固過程模擬(54)
6. 熔模鑄件F凝固過程模擬(54)
7. 熔模鑄件G凝固過程模擬(55)
8. 熔模鑄件H凝固過程模擬(56)
9. 熔模鑄件I凝固過程模擬(57)
第4節(jié)球鐵件應(yīng)用實(shí)例(57)
1. 汽車后橋殼工藝改進(jìn)(57)
2. 排氣管凝固過程模擬(58)
3. 主軸箱工藝優(yōu)化(58)
4. 某大型球鐵件凝固過程模擬(62)
5. 某汽車球鐵件工藝優(yōu)化(63)
6. 某微型球鐵件工藝優(yōu)化(68)
7. 聯(lián)軸器工藝優(yōu)化(68)
第5節(jié)灰鐵件應(yīng)用實(shí)例(69)
1. 制動(dòng)盤工藝優(yōu)化(69)
2. DISA灰鐵件凝固過程模擬(69)
3. 保溫冒凝固過程模擬(70)
4. 汽車灰鑄鐵凝固過程模擬(70)
5. 滑閥凝固過程模擬(71)
第6節(jié)銅合金鑄件應(yīng)用實(shí)例(72)
1. 螺旋槳葉片凝固過程模擬(72)
2. 內(nèi)殼體凝固過程模擬(72)
3. 葉輪凝固過程模擬(73)
4. 泵體凝固過程模擬(74)
5. 精密鑄銅件凝固過程模擬(75)
第7節(jié)鋁合金重力鑄件應(yīng)用實(shí)例(76)
1. 鋁合金輪轂鑄件A凝固過程工藝分析(76)
2. 鋁合金輪轂鑄件B凝固過程工藝分析(77)
3. 鋁合金鑄件C凝固過程工藝優(yōu)化(77)
4. 鋁合金鑄件D凝固過程工藝優(yōu)化(77)
5. 鋁合金鑄件E凝固過程工藝分析(79)
第8節(jié)鋁合金低壓鑄件應(yīng)用實(shí)例(80)
1. 鋁合金低壓輪轂鑄件A凝固過程工藝分析(80)
2. 鋁合金低壓連接器鑄件B凝固過程工藝分析(81)
3. 鋁合金低壓鑄件C凝固過程工藝分析(81)
4. 鋁合金低壓箱體鑄件D凝固過程工藝分析(82)
5. 鋁合金低壓輪轂鑄件E凝固過程工藝分析(82)
第9節(jié)壓鑄件應(yīng)用實(shí)例(83)
1. 鋁合金壓鑄件A凝固過程模擬(83)
2. 鋁合金壓鑄件B凝固過程模擬(84)
3. 鋅合金壓鑄件C凝固過程模擬(84)
本章小結(jié)(85)
本章習(xí)題(85)
第5章流動(dòng)場(chǎng)數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解(86)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(86)
第1節(jié)流體的基本概念(86)
1. 恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng)(86)
2. 層流和紊流(87)
3. 黏性流與牛頓流體(87)
第2節(jié)流動(dòng)分析的主要方法(87)
1. SIMPLE方法(87)
2. MAC及SMAC方法(87)
3. SOLAVOF方法(88)
4. SOLAMAC方法(88)
5. FAN方法(88)
6. Finite Volume方法(89)
7. 格子氣模型(89)
第3節(jié)流動(dòng)場(chǎng)數(shù)學(xué)模型(89)
1. 從Eular方程到NavierStokes方程(89)
2. 分離時(shí)間變量(91)
3. 方程的矢量形式(91)
4. 連續(xù)性方程(92)
第4節(jié)流動(dòng)場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的離散(92)
1. 離散格式的選擇(92)
2. 動(dòng)量守恒方程(NavierStokes方程)的離散(92)
3. 連續(xù)性方程的離散(93)
第5節(jié)SOLAVOF方法(93)
1. 體積函數(shù)的求值(93)
2. SOLAVOF計(jì)算方法(94)
第6節(jié)流動(dòng)與傳熱耦合計(jì)算(95)
第7節(jié)流動(dòng)場(chǎng)計(jì)算分析的流程(97)
本章小結(jié)(98)
本章習(xí)題(98)
第6章流動(dòng)場(chǎng)模擬實(shí)例(99)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(99)
第1節(jié)概述(99)
第2節(jié)鑄鋼件應(yīng)用實(shí)例(99)
1. 前壓圈鑄鋼件充型過程模擬(99)
2. 熔模閥體鑄件充型過程模擬(100)
3. 砂型閥體鑄件充型過程模擬(100)
第3節(jié)球鐵件應(yīng)用實(shí)例(102)
1. 球鐵排氣管鑄件充型過程模擬(102)
2. 球鐵透平缸體充型過程模擬(103)
3. 球鐵鋼錠模鑄件充型過程模擬(104)
4. 球鐵DISA鑄件充型過程模擬(105)
第4節(jié)灰鑄鐵件應(yīng)用實(shí)例(106)
1. 柴油機(jī)機(jī)體充型過程模擬(106)
2. 灰鐵箱體蓋充型過程模擬(108)
3. 柴油機(jī)缸體充型過程模擬(108)
第5節(jié)銅合金鑄件應(yīng)用實(shí)例(109)
1. 內(nèi)殼體銅合金鑄件充型過程模擬(109)
2. 銅合金泵體充型過程模擬(110)
3. 銅合金傾轉(zhuǎn)鑄件充型過程模擬(111)
第6節(jié)鋁合金重力鑄件應(yīng)用實(shí)例(112)
1. 某鋁合金砂型鑄件充型過程模擬(112)
2. 鋁合金定子鑄件充型過程模擬(112)
3. 鋁合金傾轉(zhuǎn)鑄件充型過程模擬(113)
第7節(jié)低壓鑄件應(yīng)用實(shí)例(114)
1. 上箱體低壓鑄件充型過程模擬(114)
2. 前罩低壓鑄件充型過程模擬(115)
3. 箱體低壓鑄件充型過程模擬(116)
第8節(jié)壓鑄件應(yīng)用實(shí)例(116)
1. 鋁合金壓鑄件后蓋充型過程模擬(116)
2. 鋁合金壓鑄件艙體充型過程模擬(116)
3. 鋁合金壓鑄件硬盤殼充型過程模擬(118)
4. 某鋅合金壓鑄件充型過程模擬(119)
5. 鋅合金壓鑄件烘手罩充型過程模擬(119)
6. 鋁合金壓鑄件蓋體充型過程模擬(120)
7. 某鋁合金壓鑄件充型過程模擬(120)
8. 鋁合金壓鑄件變速箱充型過程模擬(121)
本章小結(jié)(123)
本章習(xí)題(123)
第7章應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解(124)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(124)
第1節(jié)引言(124)
第2節(jié)應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型(125)
第3節(jié)熱力耦合數(shù)學(xué)模型(125)
第4節(jié)熱應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型離散(126)
1. 離散化過程(126)
2. 單元平衡方程的組裝及約束處理(127)
3. 本構(gòu)方程的離散(129)
4. 熱載荷的離散(132)
第5節(jié)應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算分析流程(133)
本章小結(jié)(134)
本章習(xí)題(134)
第8章應(yīng)力場(chǎng)模擬實(shí)例(135)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(135)
第1節(jié)概述(135)
第2節(jié)鑄造凝固應(yīng)力場(chǎng)模擬應(yīng)用實(shí)例(135)
1. 應(yīng)力框試件應(yīng)力場(chǎng)模擬(135)
2. 減速箱箱體鑄件應(yīng)力場(chǎng)模擬(138)
3. 槽板鑄件應(yīng)力場(chǎng)模擬(139)
4. 鋁合金機(jī)殼試件應(yīng)力場(chǎng)模擬(140)
第3節(jié)固定端上擺熱處理應(yīng)力場(chǎng)模擬實(shí)例(142)
1. 模擬參數(shù)的確定(142)
2. 溫度場(chǎng)模擬結(jié)果與分析(143)
3. 應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果與分析(144)
4. 變形量模擬結(jié)果與分析(145)
第4節(jié)固定端上擺補(bǔ)焊應(yīng)力場(chǎng)模擬實(shí)例(146)
1. 模擬參數(shù)的確定(146)
2. 溫度場(chǎng)模擬分析與討論(147)
3. 應(yīng)力場(chǎng)模擬分析與討論(148)
第5節(jié)彎梁鋁合金鑄件熱處理時(shí)效應(yīng)力模擬實(shí)例(150)
1. 彎梁鑄件幾何模型及劃分網(wǎng)格(150)
2. 合金材料參數(shù)及工藝條件(151)
3. 應(yīng)力變形模擬結(jié)果分析與討論(152)
4. 時(shí)效處理模擬結(jié)果分析與討論(155)
本章小結(jié)(156)
本章習(xí)題(156)
第9章濃度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解(157)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(157)
第1節(jié)概述(157)
第2節(jié)宏觀偏析缺陷預(yù)測(cè)理論模型(158)
第3節(jié)溶質(zhì)擴(kuò)散理論基礎(chǔ)(160)
1. 物質(zhì)間的傳質(zhì)方式(160)
2. 凝固尺度(160)
3. 宏觀偏析機(jī)理(161)
第4節(jié)鑄造濃度場(chǎng)特性及數(shù)值求解過程(162)
1. 鑄造濃度場(chǎng)的特性(162)
2. 數(shù)值求解過程(162)
第5節(jié)鑄造濃度場(chǎng)求解流程圖(165)
本章小結(jié)(165)
本章習(xí)題(166)
第10章濃度場(chǎng)模擬實(shí)例(167)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(167)
第1節(jié)概述(167)
第2節(jié)自然對(duì)流下濃度場(chǎng)模擬實(shí)例(167)
1. 二維FeC合金算例研究(167)
2. 三維鑄鋼件模擬研究(173)
第3節(jié)等軸晶移動(dòng)濃度場(chǎng)模擬實(shí)例(182)
1. 二維FeC合金算例研究(182)
2. 三維鑄鋼件模擬研究(183)
本章小結(jié)(185)
本章習(xí)題(185)
第11章電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型與數(shù)值求解(186)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(186)
第1節(jié)概述(186)
1. 感應(yīng)電爐熔煉過程與簡(jiǎn)化的物理模型(186)
2. 金屬凝固過程與簡(jiǎn)化的物理模型(187)
3. 基本假設(shè)(188)
第2節(jié)電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型(188)
1. 電磁場(chǎng)控制方程數(shù)學(xué)建模(188)
2. 復(fù)矢量磁位和復(fù)標(biāo)量電位描述求解方程組(190)
3. 邊界條件(191)
第3節(jié)電磁條件下多物理場(chǎng)數(shù)學(xué)模型(193)
1. 假設(shè)條件(193)
2. 傳熱與流動(dòng)耦合數(shù)學(xué)模型(194)
3. 流動(dòng)與傳質(zhì)耦合數(shù)學(xué)模型(195)
第4節(jié)電磁條件下多物理場(chǎng)數(shù)學(xué)模型離散(196)
1. 混合交錯(cuò)網(wǎng)格模型建立(196)
2. 渦流區(qū)Vm內(nèi)(199)
3. 非渦流區(qū)Vo內(nèi)(200)
4. 求解域外邊界上(200)
5. 渦流區(qū)外邊界上(200)
6. 電磁收斂條件(203)
第5節(jié)電磁條件下多物理場(chǎng)模擬計(jì)算流程圖(203)
本章小結(jié)(205)
本章習(xí)題(205)
第12章電磁場(chǎng)模擬實(shí)例(206)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(206)
第1節(jié)感應(yīng)電爐熔煉過程電磁場(chǎng)數(shù)值模擬算例(206)
1. 引言(206)
2. 模型網(wǎng)格與計(jì)算參數(shù)(207)
3. 電磁場(chǎng)模擬結(jié)果與分析(208)
4. 電磁傳熱耦合行為模擬結(jié)果與分析(213)
5. 傳熱與流動(dòng)行為耦合模擬結(jié)果與分析(217)
第2節(jié)鑄鋼錠凝固過程電磁場(chǎng)數(shù)值模擬算例(219)
1. 引言(219)
2. 模型網(wǎng)格與計(jì)算參數(shù)(219)
3. 電磁場(chǎng)模擬結(jié)果與分析(221)
4. 傳熱行為數(shù)值模擬結(jié)果與分析(225)
5. 流動(dòng)行為數(shù)值模擬結(jié)果與分析(226)
6. 傳質(zhì)行為數(shù)值模擬結(jié)果與分析(230)
本章小結(jié)(235)
本章習(xí)題(235)
第13章金屬材料成形微觀組織模擬(236)
學(xué)習(xí)指導(dǎo)(236)
第1節(jié)概述(236)
第2節(jié)微觀組織模擬方法(237)
1. 合金凝固組織模擬數(shù)理基礎(chǔ)(237)
2. 組織模擬的數(shù)值方法(239)
第3節(jié)液態(tài)成形凝固組織模擬實(shí)例(242)
1. 元胞自動(dòng)機(jī)方法枝晶組織模擬實(shí)例(242)
2. 元胞自動(dòng)機(jī)方法晶粒結(jié)構(gòu)模擬實(shí)例(244)
3. 相場(chǎng)法二元及多元合金組織模擬實(shí)例(246)
4. 相場(chǎng)法兩相及多相組織模擬實(shí)例(248)
本章小結(jié)(250)
本章習(xí)題(251)
參考文獻(xiàn)(252)