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第1章 绪论 1

1.1 铸造过程数值模拟的内涵 1

1.2 铸造过程数值模拟的主要方法 2

1.2.1 数值离散方法 2

1.2.2 凝固过程数值计算方法 4

1.2.3 铸件充型过程数值模拟方法 4

1.3 网格生成技术 7

1.3.1 结构化网格 7

1.3.2 非结构化网格 8

1.3.3 用于铸造模拟的网格生成技术 8

1.4 浸入边界法及其应用 9

1.5 铸造工艺CAD技术的发展 10

1.6 铸造过程模拟计算结果的验证方法 11

1.7 铸造过程数值模拟技术存在的问题及发展方向 12

第2章 铸造充型过程数值模拟技术 14

2.1 铸造充型过程的数学模型 14

2.2 紊流模型 16

2.2.1 k-ε双方程紊流模型 17

2.2.2 代数应力模型 17

2.2.3 低雷诺系数紊流模型和壁面函数法 19

2.3 计算模型的离散化 21

2.3.1 迎风格式 21

2.3.2 中心差分格式 22

2.3.3 基于正交网格的离散化格式 22

2.3.4 基于Cut cell网格的方程离散 29

2.4 N-S方程的求解方法 36

2.4.1 SIMPLE算法 36

2.4.2 共轭梯度法 38

2.4.3 SOLA-VOF法 39

2.4.4 近似盒迭代法（ABX） 41

2.5 自由表面的处理 47

2.6 其他问题的处理 50

2.6.1 边界条件 50

2.6.2 自由表面压力边界条件 52

2.6.3 数值稳定性条件 52

2.6.4 对流量的修正 53

2.6.5 潜热处理 53

2.7 充型过程流场算法的改进 55

2.7.1 针对界面模糊现象的改进 55

2.7.2 流体碰壁时体积函数的分配 57

2.7.3 提高计算效率的方法 58

2.8 流场模拟试验验证 60

2.8.1 模拟软件验证 60

2.8.2 标准试验的模拟（水力模拟试验） 63

2.8.3 实际浇注过程与模拟计算的对比 70

2.8.4 边界切网格模拟计算与水力试验结果的对比 75

2.8.5 边界切网格计算结果与锯齿形网格的计算结果对比 78

2.9 铸造充型过程数值模拟技术应用 82

2.9.1 重力充型过程数值模拟 82

2.9.2 低压铸造充型过程数值模拟 85

2.9.3 压力铸造充型过程数值模拟 86

2.9.4 精密铸造充型过程数值模拟 87

2.9.5 消失模铸造充型过程数值模拟 89

2.9.6 金属型倾转铸造 90

第3章 铸造凝固过程数值模拟技术 91

3.1 铸造凝固过程的数学模型 91

3.1.1 控制方程 91

3.1.2 初始条件 92

3.1.3 边界条件 92

3.1.4 有限差分离散 93

3.2 铸造凝固过程的数值求解 94

3.2.1 初始条件 94

3.2.2 边界条件的确定 94

3.2.3 结晶潜热的处理 95

3.2.4 正交网格与边界切网格的温度场结果对比 101

3.3 重力铸造下缩孔与缩松的预测 103

3.3.1 缩孔预测 103

3.3.2 缩松预测 104

3.4 低压铸造条件下的缩孔与缩松预测 105

3.4.1 缩孔预测 105

3.4.2 缩松预测 106

3.5 试验验证 108

3.6 铸件凝固过程数值模拟技术应用 113

3.6.1 砂型铸钢件应用实例 113

3.6.2 低压铸造应用实例 116

3.6.3 精密铸造应用实例 118

第4章 铸造模拟过程前后处理技术 121

4.1 铸件网格自动剖分 121

4.1.1 STL文件格式 121

4.1.2 网格剖分原理 123

4.1.3 均匀网格剖分 127

4.1.4 非均匀网格剖分 130

4.1.5 基于非均匀网格算法的边界切网格剖分 132

4.1.6 剖分实例 136

4.2 基于OpenGL的图形显示技术&. 138

4.2.1 OpenGL技术概述 138

4.2.2 OpenGL的工作顺序 148

4.2.3 模型空间和模型矩阵 148

4.2.4 OpenGL的数据处理过程 148

4.2.5 OpenGL基本程序结构 149

4.2.6 基于OpenGL的图形显示应用 149

4.3 基于VTK的图形显示技术 151

4.3.1 VTK技术特点 152

4.3.2 VTK的框架结构 152

4.3.3 VTK层次结构 153

4.3.4 VTK的可视化处理 153

第5章 基于CAE的铸造工艺CAPP技术 157

5.1 铸造工艺CAPP的技术内涵 157

5.2 冒口CAD系统 159

5.2.1 冒口的设计原则 159

5.2.2 冒口设计的常用方法 160

5.2.3 冒口库的建立 167

5.2.4 冷铁的计算 168

5.3 浇注系统的设计 168

5.3.1 转包浇注时浇注系统各截面尺寸的计算 168

5.3.2 漏包浇注时浇注系统各截面尺寸的计算 169

5.4 基于Pro/E二次开发的浇冒口系统绘制 170

5.4.1 系统软硬件选型 170

5.4.2 软件开发工具简介 171

5.4.3 本系统中的几种数据处理方法 178

5.5 铸造工艺CAPP系统应用 180

5.5.1 皮带轮毛坯件应用实例 180

5.5.2 侧架铸件应用实例 181

第6章 铸造专家系统 191

6.1 铸造工艺分析专家系统 191

6.1.1 铸造专家系统的发展 192

6.1.2 铸造专家系统现状 195

6.1.3 铸造专家系统应用前景 195

6.1.4 专家系统的特点 195

6.1.5 专家系统的工作原理 196

6.1.6 专家系统关键技术问题 197

6.2 铝铸件缺陷分析专家系统 199

6.2.1 铝铸件缺陷分析专家系统的主要功能 199

6.2.2 知识库的建立及推理机的设计 201

6.2.3 系统的人机接口 207

6.2.4 铝铸件缺陷专家系统程序实现 208

参考文献 214