铸造凝固过程热传导反问题参数辨识技术的研究.pdf

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上海交通大学博士学位论文 铸造凝固过程热传导反问题参数辨识技术研究 摘 要 凝固过程温度场数值模拟是铸造CAE 技术的核心内容之一，是预测缩孔、缩松、裂纹和偏 析等缺陷的基础。温度场数值模拟所必需的已知条件包括材料热物性参数、初始条件和边界条 件等参数，它们直接影响模拟精度。准确完整的材料热物性参数和换热边界条件难以通过实验 获得，是影响铸造CAE 技术推广应用的关键问题之一。特别是铸件和铸型间的界面换热系数， 是多种因素综合作用的体现，目前几乎没有成熟的理论方法定量确定它，也没有实验设备进行 直接测量。砂型铸造工艺涉及的型砂材料种类繁多，性能各异，准确的型砂热物性参数和界面 换热系数更是难以获得。因此，必须运用最新的理论研究成果，结合实验研究，探寻一种简捷 有效的求解铸造凝固过程热传导反问题的方法，以辨识材料热物性参数和界面换热系数，为数 值模拟提供高精度的参数值。 本文首先系统阐述了国内外铸造CAE 技术和热传导反问题的研究概况及发展趋势。在此基 础上，根据铸造CAE 技术的工程实际需要，针对应用广泛的砂型铸造工艺，对铸造凝固过程的 热传导反问题展开深入研究。 热传导反问题是一个不适定问题，，其不适定性具体表现为解对误差的放大作用，即输入数 据（测量温度）即使有小的振荡，解也可能会被急剧放大，导致辨识结果对输入数据的扰动非 常敏感。为克服不适定性，保证辨识结果的精度和稳定性，利用Tikhonov 正则化理论构造了反 求热物性参数的新型正则化泛函，分别采用先验和后验两种策略建立了正则化参数的数学表达 式，提出了基于灵敏度系数的新型正则化泛函的求解

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