【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铸件凝固分析，涉及铸件热节的分析方法，具体涉及一种基于热阻模型的铸件热节快速分析方法。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、铸件热节处往往伴随着诸多的缺陷，精确并且快速的分析热节位置能够提高铸件质量。
3、由chvorinov原理可知铸件的模拟值与凝固时间平方根成正比，在其它条件相同情况下，不同模数铸件的凝固时间不同。对同一铸件几何位置不同的部分凝固时间也不同，表明各部分具有不同的模数值。因此若考虑同一铸件内部不同位置的模数时便形成了点模数。铸件内部各点的点模数反映各点的凝固顺序，所以比较铸件内部各点的点模数的大小，可以描述铸件的凝固过程。这种依据点模数的大小来模拟铸件凝固过程的几何模拟方法，称为点模数法又称铸件凝固过程的几何模拟。
4、由于点模数的概念是chvorinov关于铸件整体模数概念的推广，所以在用点模数法模拟铸件凝固顺序时点模数和该部位的凝固时间的关系仍应满足平方根关系即：
5、
6、式(1)中：t为铸件内部某点的凝固时间；k为凝固系数；mp为铸件内部某点的点模数。
7、由(1)式看出，和数值模拟方法不同，用点模数模拟铸件的凝固过程，不必逐个时间步长地求解温度场，所需数据信息少，中间结果不必反复存取，对计算机内存需求大大降低；另外，由于只需做一次点模数计算后便可求出凝固时间，因此计算时间显著减少。
8、但是专利技术人研究发现，影响铸件点模数的因素，不仅包括铸件本身的几何结构，铸型、冒口、冷铁、浇注系统等非铸件结构也对铸件的凝固产生影响，例如铸造工艺中设置冷铁，此时仅靠铸件本身的形状无法准确模仿冷铁的激冷效果，而传统点模数方法仅考虑了铸件的几何结构，从而导致传统点模数方法难以实现实际铸造工艺设计时铸件热节的分析。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，本专利技术在铸件热节的分析过程中，通过引入热阻模型，考虑各模型组元材质的热导率、比热容和密度以及形状对散热的影响，使模拟结果更具合理性，从而更为准确的分析铸件热节的位置，而且能够保留传统点模数方法计算时间上的优势，大大提高铸件热节的分析效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一方面，一种基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，对铸件以及包括铸型在内的非铸件进行三维建模，再进行有限差分网格均匀划分；根据铸件模型组元和非铸件模型组元的各材质的热物理性质、不同网格之间的散热距离以及网格界面的综合热传导系数，对所有非铸件网格进行二次遍历计算，得到每个非铸件单元网格的热阻；然后根据所述热阻，对所有铸件网格进行二次遍历，得到每个铸件单元网格的凝固顺序结果，进而分析热节位置。
4、本专利技术通过引入热阻来直接计算铸件的散热过程，进而直接求解铸件凝固顺序。假设铸件充型完毕开始散热，金属液、铸型温度和材质均匀分布，最外部空气层的温度和物理属性恒定不变。将各材质单元划分为大小相同的立方体网格。同一材质的网格之间只有位置不同。
5、热流密度就是热流的计算公式，与电流计算公式欧姆定律相比较，电流对热流，电压差对温度差，则电阻对应的应该是热阻，即热阻计算公式：
6、
7、式(2)中：δx为两网格单元中心散热距离；λe为界面综合热传导系数。
8、具体地，包括如下步骤：
9、对铸件以及包括铸型在内的非铸件进行三维建模；
10、对三维建模后的模型组元进行有限差分网格均匀划分，并获取每一个网格单元的中心坐标值以及网格类型；
11、获取所述铸件的铸造工艺的浇注温度、环境温度、铸型温度，并确定铸件和非铸件的模型组元的类型；
12、根据获得的每一个网格单元的中心坐标值以及网格类型、铸件和非铸件的模型组元的类型、串联热阻叠加特性，计算所有网格界面的综合热传导系数；
13、对所有非铸件网格进行第一次遍历，得到每个非铸件单元网格中每个方向的自身散热能力；
14、根据获得的每个非铸件单元网格中每个方向的自身散热能力，对所有非铸件网格进行第二次遍历，得到每个非铸件单元网格的热阻；
15、根据每个非铸件单元网格的热阻，对所有铸件网格进行第一次遍历，得到每个铸件单元网格中每个方向的自身散热能力；
16、根据获得的每个铸件单元网格中每个方向的自身散热能力，对所有铸件网格进行第二次遍历，得到每个铸件单元网格的凝固顺序结果；
17、根据每个铸件单元网格的凝固顺序结果，判断铸件热节位置。
18、另一方面，一种基于热阻模型的铸件热节快速分析系统，包括：
19、三维模型建立模块，用于对铸件以及包括铸型在内的非铸件进行三维建模；
20、网格划分模块，用于对模型组元三维建模后的模型组元进行有限差分网格均匀划分，并获取每一个网格单元的中心坐标值以及网格类型；
21、模型组元类型确定模块，用于根据铸造工艺参数确定铸件和非铸件模型组元类型；
22、热传导系数计算模块，用于根据串联热阻叠加特性，计算所有网格界面的综合热传导系数；
23、热阻计算模块，用于对所有非铸件网格进行二次遍历计算，得到每个非铸件单元网格的热阻；
24、铸件热节位置判断模块，用于对所有铸件网格进行二次遍历，得到每个铸件单元网格的凝固顺序结果，进而分析热节位置。
25、第三方面，一种电子设备，包括：
26、存储器，用于保存计算机程序；
27、处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述基于热阻模型的铸件热节快速分析方法。
28、第四方面，一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于热阻模型的铸件热节快速分析方法。
29、本专利技术的有益效果为：
30、1.本专利技术提供的分析方法，引入热阻模型，保留传统点模数方法在计算时间方面的优势，大大减少了铸件热节的分析时间。
31、2.本专利技术提供的分析方法，通过引入热阻模型，引入材料热物理性质使模拟结果更具合理性，从而提高点模数方法在分析铸件热节的位置的准确性。
32、3.本专利技术提供的分析方法，可以模拟带有保温冒口、冷铁的铸造工艺，使用场景更贴近实际工艺设计，增加该分析方法的适用场景。
33、4.本专利技术提供的分析方法能够为数值模拟提供初始值，减少数值模拟的次数，缩短模拟时间，提高铸造工艺设计效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，对铸件以及包括铸型在内的非铸件进行三维建模，再进行有限差分网格均匀划分；根据铸件模型组元和非铸件模型组元的各材质的热物理性质、不同网格之间的散热距离以及网格界面的综合热传导系数，对所有非铸件网格进行二次遍历计算，得到每个非铸件单元网格的热阻；然后根据所述热阻，对所有铸件网格进行二次遍历，得到每个铸件单元网格的凝固顺序结果，进而分析热节位置。
2.如权利要求1所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，所述方向包括网格所有面的方向、所有顶点的方向以及所有棱的方向。
4.如权利要求2所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，得到单元网格界面的综合热传导系数的过程，包括如下步骤①和/或步骤②；
5.如权利要求2所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，得到每个非铸件单元网格自身的散热能力的过程，包括如下步骤：
6.如权利要求2所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方
7.如权利要求2所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，判断铸件热节位置的过程，包括如下步骤：
8.一种基于热阻模型的铸件热节快速分析系统，其特征是，包括：
9.一种电子设备，其特征是，包括：
10.一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，对铸件以及包括铸型在内的非铸件进行三维建模，再进行有限差分网格均匀划分；根据铸件模型组元和非铸件模型组元的各材质的热物理性质、不同网格之间的散热距离以及网格界面的综合热传导系数，对所有非铸件网格进行二次遍历计算，得到每个非铸件单元网格的热阻；然后根据所述热阻，对所有铸件网格进行二次遍历，得到每个铸件单元网格的凝固顺序结果，进而分析热节位置。
2.如权利要求1所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，所述方向包括网格所有面的方向、所有顶点的方向以及所有棱的方向。
4.如权利要求2所述的基于热阻模型的铸件热节快速分析方法，其特征是，得到单元网格界面的综...
【专利技术属性】
技术研发人员：田学雷，吴霜，邵安辰，林晓航，郑洪亮，华明昊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。