复杂铸件变网格技术及其在流动场数值模拟中的应用

发布时间：2020-07-10 23:29

【摘要】：随着先进制造装备向高性能化、集成化和绿色化方向发展,装备的关键铸件要求实现轻量化和整体化,铸件的内部结构复杂程度不断增加,导致高性能铸件成型工艺设计困难。铸造数值模拟技术能够优化铸件生产工艺,缩短铸件试制周期,提高铸件生产效率。但是这些高性能铸件几何结构复杂、厚薄不均匀,传统的均匀网格剖分使得计算网格数量庞大,数值计算消耗大量的计算资源,影响铸造数值模拟技术的实用化。本文研究一种复杂铸件变网格划分技术,并将该技术应用到铸造充型流动场数值模拟中,主要工作内容如下:首先,研究一种变网格技术的网格划分规则、网格之间相互关系、网格单元数据存储方式以及网格遍历顺序,建立一种复杂铸件变网格剖分系统,主要包括建立一种复杂铸件变网格技术的网格划分模型、网格关系模型和网格数据存储结构模型,并提出了变网格遍历操作方法。其次,研究了铸造充型过程流场求解和界面追踪的SOLA-Level Set方法,研究了数值离散时采用的同位网格技术和动量插值法,提出了本文变网格技术复杂铸件充型流场数值模拟的离散方法,采用有限体积法离散流场控制方程,三阶龙格库塔五阶WENO格式离散Level Set函数。然后,分别采用本文变网格技术和均匀网格技术对流场计算与流体界面追踪进行数值模拟研究,模拟结果的对比不仅证明了本文变网格技术在流场计算和界面追踪模拟方面是可行的,而且也证明了该技术能够有效节省计算资源。进一步采用本文变网格技术对铸造基准件进行充型数值模拟,并对比模拟结果与该基准件的实际浇注实验结果,表明该变网格技术可以有效模拟铸造充型过程。此外,还将本文变网格技术与华铸CAE软件模拟结果和计算时间进行了对比,验证了该变网格技术的可靠性和高效性。最后,将本文采用的变网格技术应用到箱体、采煤配件和缸体复杂铸件充型过程的模拟,结果表明该变网格技术可以有效减少复杂铸件数值模拟所需的计算资源。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG24
【图文】：

模型图,八叉树,网格模型

（a）八叉树细化网格模型（b）八叉树粗化网格模型图 1-1 八叉树网格模型[50]2014 年，白苗苗等人[51]建立基于变网格技术水下爆炸冲击超压场重建模型，在重建区域采用疏密相间网格与自适应网格结合的变网格技术，获得更高重建精度。2016 年，殷亚军、李阳东等人[52]采用八叉树自适应网格技术进行了流场界面追踪数值模拟，提高界面追踪的计算效率和精度，并将基于八叉树自适应网格技术的Level Set 方法应用到方腔铸件的充型数值模拟中。2016 年，Mohammad 等人[53]提出了基于自适应四叉树和八叉树的 Level Set 并行算法，采用半拉格朗日方法求解水平集方程，使用 MPI 标准库和开源 p4est 库实现算法的完全并行化，最后通过解决 Stefan 问题将该算法应用在凝固过程数值模拟。

数值模拟,问题,八叉树,变网格技术

叉树细化网格模型（b）八叉树粗化网图 1-1 八叉树网格模型[50]白苗苗等人[51]建立基于变网格技术水下爆炸冲击超压密相间网格与自适应网格结合的变网格技术，获得更殷亚军、李阳东等人[52]采用八叉树自适应网格技术进高界面追踪的计算效率和精度，并将基于八叉树自适应用到方腔铸件的充型数值模拟中。ohammad 等人[53]提出了基于自适应四叉树和八叉树的格朗日方法求解水平集方程，使用 MPI 标准库和开源化，最后通过解决 Stefan 问题将该算法应用在凝固过

路线图,路线图

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【参考文献】