计算机在材料科学中的应用论文.pdf

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1、计算机在材料科学中的应用论文姓名:江婷学号:0412002512007-2008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Co

2、mputerAidedEnqineering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

3、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23）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G

4、ate，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MoldFilling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：3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

5、件底部会产生一些卷气，造成金属内部缺陷，影响铸件性能。4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：5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6会向前发展的重要体现。此次计算机模拟我选的铸件是A

6、356，A356合金为Al—Si系多元合金，由于含硅量较高，Al—Si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

7、学性能的工艺研究》湖南有色金属2004年20卷1期7