针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法技术

本发明专利技术提出了一种针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，包括：步骤S1，对模具铸型与铸件界面及不同深度位置单元进行实验测温；步骤S2，建立反算数值模型；步骤S3，将步骤S1的实验测温结果代入步骤S2建立的所述反算数值模型，建立反算换热系数模型参数；步骤S4，建立换热系数模型，所述换热系数模型根据铸件凝固百分数和铸型表面温度变化。铸件凝固百分数和铸型表面温度变化。铸件凝固百分数和铸型表面温度变化。

【技术实现步骤摘要】
针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法


[0001]本专利技术涉及建模
，特别涉及一种针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法。

技术介绍

[0002]铸造凝固过程温度场模拟需设置界面换热系数，常用软件的界面换热系数多设置为常数或随时间变化的一维换热系数曲线。无论是常数还是一维换热系数曲线均由人为确定，无实验依据，使得铸造过程温度场模拟计算缺乏准确性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0004]为此，本专利技术的目的在于提出一种针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术面的实施例提供一种针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1，对模具铸型与铸件界面及不同深度位置单元进行实验测温；
[0007]步骤S2，建立反算数值模型；
[0008]步骤S3，将步骤S1的实验测温结果代入步骤S2建立的所述反算数值模型，建立反算换热系数模型参数；
[0009]步骤S4，建立换热系数模型，所述换热系数模型根据铸件凝固百分数和铸型表面温度变化。
[0010]进一步，在所述步骤S1中，以阶梯铸件作为实验铸件，在不同厚度位置设置多个热电偶记录整个铸造循环阶段温度场随时间变化，进行多轮铸造循环过程，产生多组完整热循环数据集。
[0011]进一步，在所述建立反算数值模型，包括如下步骤：
[0012]采用非线性估算法，非线性估算法以f(h)最小化为判据，
[0013][0014]其中，分别为在位置j和时间段i实际测量的温度和计算求解的温度，h为界面换热系数，通过数学推导，最终通过以下两式求解界面换热系数，
[0015][0016]h
l+1
＝h
l
+Δh
l+1
[0017]其中，φ
j,i
为敏感系数；
[0018]采用上式通过迭代，每一步迭代过程军队铸件铸型内部温度场进行计算，直到迭代满足条件Δh
l+1
/h
l+1
<ε,即对时间段l+1求解完毕，转入下一时间段。
[0019]进一步，采用下述方式计算
[0020]采用以下温度场模型求解计算由于试验件为阶梯状，在每个阶梯面，假定铸件与铸型为一维传热，因此任一时刻i各阶梯面和铸型的温度场应满足以下公式：
[0021][0022]其中，ρ，c,λ分别为密度，比热容和热导率；为内热源，只在计算铸件金属温度场时用到。
[0023]进一步，在所述步骤S3中，将步骤S1测量的温度数据代入所述反算数值模型，对换热系数进行求解。
[0024]进一步，在所述步骤S4中，根据换热系数模型的凝固百分数变化分为四个阶段。即快速升高、峰值维持，快速下降以及低值维持阶段。第一阶段换热系数从初始值迅速升高直到其最大值。该时间跨度很小，可以认为换热系数从初始值瞬间增大到其峰值。同时，当铸件金属的温度高于液相线温度时，一般认为其与铸件表面之间有密切的接触，因此认为此时换热系数维持在峰值上，即h1＝hmax；第二阶段的换热系数随固相分数的增大呈现线性下降关系，即第三阶段为换热系数快速下讲阶段，可以用以下公式拟合，h3＝h0+Ah
×
exp(kh
·
t)；第四阶段换热系数值基本保持不变，即h4＝h0。上面公式中的变量符号的含义依次为：h1,h2,h3,h4为四个阶段的换热系数，h0是接近平衡态的换热系数，hmax为最大换热系数，fs为固相分数，fsf为第二、三阶段换热系数区分点，Ah和kh是模型拟合参数，t为时间。exp为指数函数。
[0025]进一步，所述换热系数模型根据不同合金材料和工艺条件进行设置。
[0026]根据本专利技术实施例的针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，通过反算方式建立的四维换热系数模型相较传统常数或经验公式模型，更接近传热物理本质，使得铸造凝固过程温度场计算更为准确、可靠。
[0027]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]图1为根据本专利技术实施例的针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法的流程图；
[0030]图2为根据本专利技术实施例的实验测温示意图；
[0031]图3为根据本专利技术实施例的实验测量温度数据的示意图；
[0032]图4为根据本专利技术实施例的反算获得的换热系数的曲线示意图。
具体实施方式
[0033]下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]本专利技术提出一种针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，通过该方法可以建立界面换热系数模型为一种基于实验测量和反算模型获得的随时间和空间变化的四维模型。
[0035]如图1所示，本专利技术实施例的针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，包括如下步骤：
[0036]步骤S1，对模具铸型与铸件界面及不同深度位置单元进行实验测温。
[0037]具体的，以阶梯铸件作为实验铸件，在不同厚度位置设置多个热电偶记录整个铸造循环阶段温度场随时间变化，进行多轮铸造循环过程，产生多组完整热循环数据集。
[0038]采用阶梯铸件作为实验铸件，实验合金材料为铝合金ADC12，浇注温度为680℃，模具铸型材料为H13，模具温度为180℃。如图2所示，在不同厚度位置设置多个热电偶记录整个铸造循环阶段温度场随时间变化。该测温实验经过1200个铸造循环过程，共产生1200组完整热循环数据集。
[0039]步骤S2，建立反算数值模型。
[0040]具体的，在建立反算数值模型，包括如下步骤：
[0041]热传导反算法的核心思想是采用研究体内部的测量温度，通过直接(线性问题)或者迭代(非线性问题)求解的方式来求解未知边界、内热源或者初始条件的一种方法。热传导反算法的核心为非线性估算法，非线性估算法以f(h)最小化为判据，
[0042][0043]其中，分别为在位置j和时间段i实际测量的温度和计算求解的温度，h为界面换热系数，通过数学推导，最终通过以下两式求解界面换热系数，
[0044][0045]h
l+1
＝h
l
+Δh
l+1
[0046]其中，φ
j,i
为敏感系数。
[0047]采用上式通过迭代，每一步迭代过程军队铸件铸型内部温度场进行计算，直到迭代满足条件Δh
l+1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，对模具铸型与铸件界面及不同深度位置单元进行实验测温；步骤S2，建立反算数值模型；步骤S3，将步骤S1的实验测温结果代入步骤S2建立的所述反算数值模型，建立反算换热系数模型参数；步骤S4，建立换热系数模型，所述换热系数模型根据铸件凝固百分数和铸型表面温度变化。2.如权利要求1所述的针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，其特征在于，在所述步骤S1中，以阶梯铸件作为实验铸件，在不同厚度位置设置多个热电偶记录整个铸造循环阶段温度场随时间变化，进行多轮铸造循环过程，产生多组完整热循环数据集。3.如权利要求1所述的针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，其特征在于，在所述建立反算数值模型，包括如下步骤：采用非线性估算法，非线性估算法以f(h)最小化为判据，其中，分别为在位置j和时间段i实际测量的温度和计算求解的温度，h为界面换热系数，通过数学推导，最终通过以下两式求解界面换热系数，h
l+1
＝h
l
+Δh
l+1
其中，φ
j,i
为敏感系数；采用上式通过迭代，每一步迭代过程均对铸件铸型内部温度场进行计算，直到迭代满足条件Δh
l+1
/h
l+1
&lt;ε,即对时间段l+1求解完毕，转入下一时间段。4.如权利要求1所述的针对铸造过程的四维界面换热系数模型建立方法，其特征在于，采用下述方式计算采用以下温度场模型求解计算由于试验件为阶梯状，在每个阶梯面，假定铸件与铸型为一维传热，因...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，李忠林，郭志鹏，王中伟，
申请(专利权)人：北京适创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：