残余应力疲劳源文献综述和参考文献(5)
凝固过程数值模拟可以实现下述目的：
1) 预知凝固时间以便预测生产率。
2) 预知开箱时间。
3) 预测缩孔和缩松。
4) 预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。
5) 控制凝固条件。
6) 为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。
铸件凝固过程数值模拟开始于60年代，丹麦的FORSUND把有限差分法第一次用于铸件凝固过程的传热计算。之后美国HENZEL和KEUERIAN应用瞬态传热通用程序对汽轮机内缸体铸件进行数值计算得出了温度场，计算结果与实测结果相当接近。这些尝试的成功，使研究者认识到用计算数值模拟技术研究铸件的凝固过程具有巨大的潜力和广阔的前景。
液态金属浇入铸型，它在型腔内的冷却凝固过程是一个通过铸型向环境散热的过程。在这个过程中，铸件和铸型内部温度分布要随时间变化。从传热方式看，这一散热过程是按导热，对流及辐射三种方式综合进行的。显然，对流和辐射的热流主要发生在边界上。当液态金属充满型腔后，如果不考虑铸件凝固过程中液态金属中发生的对流现象，铸件凝固过程基本上看成是一个不稳定导热过程。因此铸件凝固过程的数学模型正是根据不稳定导热偏微分方程建立的。但还必须考虑铸件凝固过程中的潜热释放。基于分析和计算模型开发相应的程序，即可实现铸造凝固过程温度场的计算。在热模拟中,温度场的数值模拟是最基本的，以三文温度场为主要内容的铸件凝固过程模拟技术已进入实用阶段,日本许多铸造厂采用此项技术。英国的 Solstar系统由三文造型,网格自动剖分,有限差分传热计算,缩孔缩松预测,热物性数据库及图形处理等模块组成。
铸件充型过程的数值模拟是通过计算金属液充型过程中的流体流动得出的。充型过程的数值模拟可以分析在给定工艺条件下，金属液在浇注系统中以及在型内的流动情况。包括:流量的分布、流速的分布以及由此导致的铸件温度场分布。 充型过程数值模拟一方面分析金属液在浇冒口系统和型腔中的流动状态,优化浇冒口设计并仿真浇道中的吸气,以消除流股分离和避免氧化,减轻金属液对铸型的侵蚀和冲击;另一方面,分析充型过程中金属液及铸型温度变化,预测冷隔和浇不足等铸造缺陷。
充型过程数值模拟技术由于所涉及的控制方程多而复杂,计算量大而且迭代结果易发散，加上自由表面边界问题的特殊处理要求使其难度更大，国内外学者经过多年研究已开发出了MAGMA软件,Pro CAST等。MAGMA软件可对中等复杂铸件进行三文流场分析，获得比较符合实际情况的初始温度场分布。
通过研究发现，当合金凝固到液相线温度以下的某一温度，即显示出了强度和应变，随着温度的进一步降低，强度逐渐增加，当达到固相线温度时，强度和应变都急剧增加。如果把合金凝固过程中开始显示强度的温度定义为准固相线，则合金在凝固区间以准固相线为界，可以分为有强度的准固相区和无强度的准液相区。因此铸件凝固过程应力场数值模拟须同时考虑准固相区和固相线以下的温度范围。当温度达到固相线温度以下时，铸件已经凝固结束，此时仅表现为热弹塑性问题。当合金处于准固态时，其强度和延伸率都很低，如果铸件收缩受阻，很容易产生裂纹。但是，合金在准固态的力学行为，尤其是本构方程等方面的数据缺乏，因而建立高温准固相区力学本构方程是进行铸件凝固过程热应力场模拟的关键。
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