專(zhuān)利名稱(chēng)：用于對(duì)鑄件中的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及對(duì)鑄件中的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，更具體地，涉及在不知 道鑄件澆注系統(tǒng)和冒口設(shè)計(jì)的情況下對(duì)鑄件中的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)的大小和體積分?jǐn)?shù)進(jìn) 行仿真和預(yù)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
鋁組件由于其所具有的高強(qiáng)度重量比、高的抗腐蝕性、以及相對(duì)較低的原材料成 本而被廣泛地用在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中。盡管在成本上能夠與其它制造方法競(jìng)爭(zhēng)，但是與鋁合金相 關(guān)的鑄造工藝可能會(huì)將大量的缺陷(例如微孔和氧化物)引入到材料中，這些缺陷將明顯 減小材料的疲勞和其它機(jī)械特性。在確立制造工藝之前對(duì)這類(lèi)缺陷以及與合金和工藝相關(guān)的微結(jié)構(gòu)的發(fā)生進(jìn)行預(yù) 測(cè)將具有重要的價(jià)值，這是因?yàn)榭梢蕴剿鞑⒆罱K優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造的的替代性方案，這將導(dǎo) 致鑄件產(chǎn)品中的改善的可靠性。鑄造工藝的數(shù)學(xué)建?，F(xiàn)在已經(jīng)是非常先進(jìn)的了，其中可以使用商業(yè)獲得的程序關(guān) 于任何虛擬的鑄造工藝來(lái)預(yù)測(cè)模具填充和凝固行為。對(duì)來(lái)自模具填充和凝固的宏觀尺度的 熱、壓力、和速度分布以及諸如俘獲空氣和宏觀的收縮孔隙度之類(lèi)的宏觀缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)的 軟件是相當(dāng)有用的，具有依賴(lài)于所應(yīng)用的數(shù)值方法和邊界條件的準(zhǔn)確性。然而，對(duì)微觀空隙 度、氧化物、以及具體的微結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)在商用程序中卻并不先進(jìn)，并且非常有限。為了準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)模具填充和凝固過(guò)程期間形成的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)，整個(gè)的模具 幾何必需是模型的一部分。模具幾何和構(gòu)造(例如，澆注系統(tǒng)的位置和大小、流道、冒口、模 具材料、在灌注和凝固期間模具中的零部件取向，等等)都是鑄造廠商的重要知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因 此，鑄造廠商不會(huì)愿意分享這類(lèi)信息。許多顧客從各個(gè)供應(yīng)商那里購(gòu)買(mǎi)鑄鋁的零部件/系統(tǒng)。由于采用現(xiàn)有途徑無(wú)法對(duì) 這些已購(gòu)買(mǎi)的零部件/系統(tǒng)中的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以對(duì)這些零部件/系統(tǒng)的 準(zhǔn)確的可靠性分析變成了問(wèn)題。因此，需要一種方法，該方法在鑄件布局和澆注系統(tǒng)/冒口設(shè)計(jì)以及鑄造工藝參 數(shù)的具體情況未知時(shí)能夠?qū)﹁T鋁零部件中的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
提供了用于在不知道鑄件布局、鑄件澆注系統(tǒng)和冒口設(shè)計(jì)、以及鑄造工藝參數(shù)的 具體情況中的一個(gè)或多個(gè)的情況下就零部件/系統(tǒng)耐用性分析對(duì)供應(yīng)商/賣(mài)家的鑄件中的 鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真的系統(tǒng)、方法和制造物件。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出鑄造工藝分析工具，以便預(yù)測(cè)模具填充和凝固期間的熔化物流動(dòng)和傳 熱。該代碼需要鑄件、澆注系統(tǒng)、冒口以及所有模具零部件的全部網(wǎng)格(幾何)。盡管對(duì)于 顧客而言鑄件幾何是可用的，但是其它零部件(特別是由零部件供應(yīng)商制成的零部件)則 是鑄造廠商專(zhuān)有的，且并不容易獲得。所述方法涉及使零部件供應(yīng)商使用商用軟件程序以便在他們的場(chǎng)所利用包括了他們的專(zhuān)有零部件以及由顧客生成的鑄件幾何/網(wǎng)格的完整 模型來(lái)進(jìn)行模具填充和凝固分析，然后向顧客提供模具填充后的鑄件模型的壓力分布以及 在凝固期間的溫度分布。接下來(lái)，顧客可以基于所開(kāi)發(fā)的集成的孔生長(zhǎng)和枝晶間流動(dòng)模型 以及由零部件供應(yīng)商提供的溫度和壓力分布，在不知道零部件供應(yīng)商的專(zhuān)有鑄件澆注系統(tǒng) 和冒口設(shè)計(jì)的情況下，對(duì)鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真。該方法消除了不得不要求零部件供應(yīng)商公開(kāi)有關(guān)其鑄件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和鑄造工藝參 數(shù)的專(zhuān)有信息的情況。顧客能夠預(yù)測(cè)鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)，并且由此對(duì)零部件供應(yīng)商的零部 件/系統(tǒng)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的耐用性分析。本發(fā)明還提供了以下方案1. 一種對(duì)零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的系統(tǒng)，包括信息輸入部，其配置成接收與凝固期間的溫度分布、模具填充后的流體靜力學(xué)壓 力分布、零部件幾何模型、材料、熔化質(zhì)量、以及熱動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中至少一個(gè)有關(guān)的信息；信息輸出部，其配置成轉(zhuǎn)換與由所述系統(tǒng)預(yù)測(cè)的零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)的尺 寸、體積百分?jǐn)?shù)和分布中至少一個(gè)有關(guān)的信息；處理單元；以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括在其中實(shí)施的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)與所述處理單元、所述信息輸入部、以及所述信息輸出部協(xié)作，使得所述信息輸入部由所 述處理單元和計(jì)算機(jī)可讀程序代碼操作，以便作為與由所述系統(tǒng)預(yù)測(cè)的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu) 的尺寸、體積百分?jǐn)?shù)和分布有關(guān)的信息提供給所述信息輸出部，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼 包括鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用集成的孔生長(zhǎng)和枝晶間流動(dòng)模型對(duì)所 述零部件中的鑄件缺陷、所述零部件的微結(jié)構(gòu)、或者所述兩者進(jìn)行仿真。2.如方案1所述的系統(tǒng)，其中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括數(shù)值分析解算器，所述數(shù)值分 析解算器包括所述凝固仿真模塊以及所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊中的至少一個(gè)，并且 所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)與不包括所述數(shù)值分析解算器的所述凝固仿真模塊以及所述鑄件缺 陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊中任意一個(gè)協(xié)作地聯(lián)接。3.如方案2所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)值分析解算器包括基于有限元分析的傳熱 代碼或者基于有限差分分析的傳熱代碼。4.如方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用下列等式對(duì) 所述零部件中的鑄件缺陷和所述零部件中的微結(jié)構(gòu)、或者對(duì)所述兩者來(lái)進(jìn)行仿真
權(quán)利要求
1.一種對(duì)零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的系統(tǒng)，包括息輸入部，其配置成接收與凝固期間的溫度分布、模具填充后的流體靜力學(xué)壓力分布、零部件幾何模型、材料、熔化質(zhì)量、以及熱動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中至少一個(gè)有關(guān)的信息信息輸出部，其配置成轉(zhuǎn)換與由所述系統(tǒng)預(yù)測(cè)的零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)的尺寸、 體積百分?jǐn)?shù)和分布中至少一個(gè)有關(guān)的信息；處理單元；以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括在其中實(shí)施的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)與 所述處理單元、所述信息輸入部、以及所述信息輸出部協(xié)作，使得所述信息輸入部由所述處 理單元和計(jì)算機(jī)可讀程序代碼操作，以便作為與由所述系統(tǒng)預(yù)測(cè)的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)的尺 寸、體積百分?jǐn)?shù)和分布有關(guān)的信息提供給所述信息輸出部，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼包括 鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用集成的孔生長(zhǎng)和枝晶間流動(dòng)模型對(duì)所述零 部件中的鑄件缺陷、所述零部件的微結(jié)構(gòu)、或者所述兩者進(jìn)行仿真。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括數(shù)值分析解算器，所述數(shù)值分 析解算器包括所述凝固仿真模塊以及所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊中的至少一個(gè)，并且 所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)與不包括所述數(shù)值分析解算器的所述凝固仿真模塊以及所述鑄件缺 陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊中任意一個(gè)協(xié)作地聯(lián)接。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)值分析解算器包括基于有限元分析的傳熱 代碼或者基于有限差分分析的傳熱代碼。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用下列等式對(duì) 所述零部件中的鑄件缺陷和所述零部件中的微結(jié)構(gòu)、或者對(duì)所述兩者來(lái)進(jìn)行仿真
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用下列等式來(lái) 對(duì)所述零部件中的鑄件缺陷、所述零部件中的微結(jié)構(gòu)、以及所述兩者進(jìn)行仿真
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用下列等式來(lái) 對(duì)所述零部件中的鑄件缺陷、所述零部件中的微結(jié)構(gòu)、以及所述兩者進(jìn)行仿真
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用下列等式來(lái) 對(duì)所述零部件中的鑄件缺陷、所述零部件中的微結(jié)構(gòu)、以及所述兩者進(jìn)行仿真
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)建模模塊使用下列等式來(lái) 對(duì)所述零部件中的鑄件缺陷、所述零部件中的微結(jié)構(gòu)、以及所述兩者進(jìn)行仿真
9.一種對(duì)零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法，包括提供凝固期間的溫度分布、模具填充后的液體靜力學(xué)壓力分布、零部件幾何模型、材 料、熔化質(zhì)量、以及熱動(dòng)力系數(shù)據(jù)庫(kù)；使用集成的孔生長(zhǎng)和枝晶間流動(dòng)模型對(duì)所述零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真；以及對(duì)零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)的尺寸、體積百分?jǐn)?shù)、以及分布中的至少一個(gè)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
10.一種對(duì)零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的制造物件，所述制造物件包括信息 輸入部、信息輸出部、以及至少一種計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，其中所述信息輸入部配置成接收與凝固期間的溫度分布、模具填充后的流體靜力學(xué)壓力分 布、零部件幾何模型、材料、熔化質(zhì)量、以及熱動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)的信息；所述信息輸出部配置成轉(zhuǎn)換與由系統(tǒng)預(yù)測(cè)的零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)的尺寸、體積 百分?jǐn)?shù)和分布中至少一個(gè)有關(guān)的信息；所述計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)包括在其中實(shí)施的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼工具，用于使用集成的孔 生長(zhǎng)和枝晶間流動(dòng)模型對(duì)所述零部件中的鑄件缺陷、所述零部件的微結(jié)構(gòu)、或者所述兩者 進(jìn)行仿真；以及所述計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)與所述信息輸入部和所述信息輸出部協(xié)作，使得所接收的信息由 所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼工具操作，以便作為對(duì)所述零部件的鑄件缺陷、所述零部件的微 結(jié)構(gòu)、或者所述兩者的預(yù)測(cè)而提供給所述信息輸出部。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對(duì)鑄件中的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真的方法。具體地，提供了用于在不知道鑄件布局、鑄件澆注系統(tǒng)和冒口設(shè)計(jì)、以及鑄造工藝參數(shù)的具體情況中的一個(gè)或多個(gè)的情況下就零部件/系統(tǒng)耐用性分析對(duì)供應(yīng)商/賣(mài)家的鑄件中的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括使用集成的孔生長(zhǎng)和枝晶間流動(dòng)模型。還提供了在不知道鑄件布局、鑄件澆注系統(tǒng)和冒口設(shè)計(jì)、以及鑄造工藝參數(shù)的具體情況的情況下對(duì)零部件的鑄件缺陷和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法以及制造物件。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102117358SQ201010597510
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者D·L·梅茨格, G·P·巴克爾, Q·王 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司