专利名称：用于对铸件中的铸件缺陷和微结构进行仿真的方法
技术领域：
本发明总体上涉及对铸件中的铸件缺陷和微结构的预测，更具体地，涉及在不知 道铸件浇注系统和冒口设计的情况下对铸件中的铸件缺陷和微结构的大小和体积分数进 行仿真和预测的方法。
背景技术：
铝组件由于其所具有的高强度重量比、高的抗腐蚀性、以及相对较低的原材料成 本而被广泛地用在结构应用中。尽管在成本上能够与其它制造方法竞争，但是与铝合金相 关的铸造工艺可能会将大量的缺陷(例如微孔和氧化物)引入到材料中，这些缺陷将明显 减小材料的疲劳和其它机械特性。在确立制造工艺之前对这类缺陷以及与合金和工艺相关的微结构的发生进行预 测将具有重要的价值，这是因为可以探索并最终优化设计和制造的的替代性方案，这将导 致铸件产品中的改善的可靠性。铸造工艺的数学建模现在已经是非常先进的了，其中可以使用商业获得的程序关 于任何虚拟的铸造工艺来预测模具填充和凝固行为。对来自模具填充和凝固的宏观尺度的 热、压力、和速度分布以及诸如俘获空气和宏观的收缩孔隙度之类的宏观缺陷进行预测的 软件是相当有用的，具有依赖于所应用的数值方法和边界条件的准确性。然而，对微观空隙 度、氧化物、以及具体的微结构的预测在商用程序中却并不先进，并且非常有限。为了准确地预测模具填充和凝固过程期间形成的铸件缺陷和微结构，整个的模具 几何必需是模型的一部分。模具几何和构造(例如，浇注系统的位置和大小、流道、冒口、模 具材料、在灌注和凝固期间模具中的零部件取向，等等)都是铸造厂商的重要知识产权。因 此，铸造厂商不会愿意分享这类信息。许多顾客从各个供应商那里购买铸铝的零部件/系统。由于采用现有途径无法对 这些已购买的零部件/系统中的铸件缺陷和微结构进行预测，所以对这些零部件/系统的 准确的可靠性分析变成了问题。因此，需要一种方法，该方法在铸件布局和浇注系统/冒口设计以及铸造工艺参 数的具体情况未知时能够对铸铝零部件中的铸件缺陷和微结构进行预测。
发明内容
提供了用于在不知道铸件布局、铸件浇注系统和冒口设计、以及铸造工艺参数的 具体情况中的一个或多个的情况下就零部件/系统耐用性分析对供应商/卖家的铸件中的 铸件缺陷和微结构进行仿真的系统、方法和制造物件。已经开发出铸造工艺分析工具，以便预测模具填充和凝固期间的熔化物流动和传 热。该代码需要铸件、浇注系统、冒口以及所有模具零部件的全部网格(几何)。尽管对于 顾客而言铸件几何是可用的，但是其它零部件(特别是由零部件供应商制成的零部件)则 是铸造厂商专有的，且并不容易获得。所述方法涉及使零部件供应商使用商用软件程序以便在他们的场所利用包括了他们的专有零部件以及由顾客生成的铸件几何/网格的完整 模型来进行模具填充和凝固分析，然后向顾客提供模具填充后的铸件模型的压力分布以及 在凝固期间的温度分布。接下来，顾客可以基于所开发的集成的孔生长和枝晶间流动模型 以及由零部件供应商提供的温度和压力分布，在不知道零部件供应商的专有铸件浇注系统 和冒口设计的情况下，对铸件缺陷和微结构进行仿真。该方法消除了不得不要求零部件供应商公开有关其铸件系统设计和铸造工艺参 数的专有信息的情况。顾客能够预测铸件缺陷和微结构，并且由此对零部件供应商的零部 件/系统进行更加准确的耐用性分析。本发明还提供了以下方案1. 一种对零部件的铸件缺陷和微结构进行预测的系统，包括信息输入部，其配置成接收与凝固期间的温度分布、模具填充后的流体静力学压 力分布、零部件几何模型、材料、熔化质量、以及热动力学数据库中至少一个有关的信息；信息输出部，其配置成转换与由所述系统预测的零部件的铸件缺陷和微结构的尺 寸、体积百分数和分布中至少一个有关的信息；处理单元；以及计算机可读介质，其包括在其中实施的计算机可读程序代码，所述计算机可读介 质与所述处理单元、所述信息输入部、以及所述信息输出部协作，使得所述信息输入部由所 述处理单元和计算机可读程序代码操作，以便作为与由所述系统预测的铸件缺陷和微结构 的尺寸、体积百分数和分布有关的信息提供给所述信息输出部，所述计算机可读程序代码 包括铸件缺陷和微结构建模模块其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用集成的孔生长和枝晶间流动模型对所 述零部件中的铸件缺陷、所述零部件的微结构、或者所述两者进行仿真。2.如方案1所述的系统，其中，计算机可读介质包括数值分析解算器，所述数值分 析解算器包括所述凝固仿真模块以及所述铸件缺陷和微结构建模模块中的至少一个，并且 所述计算机可读介质与不包括所述数值分析解算器的所述凝固仿真模块以及所述铸件缺 陷和微结构建模模块中任意一个协作地联接。3.如方案2所述的系统，其中，所述数值分析解算器包括基于有限元分析的传热 代码或者基于有限差分分析的传热代码。4.如方案1所述的系统，其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用下列等式对 所述零部件中的铸件缺陷和所述零部件中的微结构、或者对所述两者来进行仿真
权利要求
1.一种对零部件的铸件缺陷和微结构进行预测的系统，包括息输入部，其配置成接收与凝固期间的温度分布、模具填充后的流体静力学压力分布、零部件几何模型、材料、熔化质量、以及热动力学数据库中至少一个有关的信息信息输出部，其配置成转换与由所述系统预测的零部件的铸件缺陷和微结构的尺寸、 体积百分数和分布中至少一个有关的信息；处理单元；以及计算机可读介质，其包括在其中实施的计算机可读程序代码，所述计算机可读介质与 所述处理单元、所述信息输入部、以及所述信息输出部协作，使得所述信息输入部由所述处 理单元和计算机可读程序代码操作，以便作为与由所述系统预测的铸件缺陷和微结构的尺 寸、体积百分数和分布有关的信息提供给所述信息输出部，所述计算机可读程序代码包括 铸件缺陷和微结构建模模块其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用集成的孔生长和枝晶间流动模型对所述零 部件中的铸件缺陷、所述零部件的微结构、或者所述两者进行仿真。
2.如权利要求1所述的系统，其中，计算机可读介质包括数值分析解算器，所述数值分 析解算器包括所述凝固仿真模块以及所述铸件缺陷和微结构建模模块中的至少一个，并且 所述计算机可读介质与不包括所述数值分析解算器的所述凝固仿真模块以及所述铸件缺 陷和微结构建模模块中任意一个协作地联接。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述数值分析解算器包括基于有限元分析的传热 代码或者基于有限差分分析的传热代码。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用下列等式对 所述零部件中的铸件缺陷和所述零部件中的微结构、或者对所述两者来进行仿真
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用下列等式来 对所述零部件中的铸件缺陷、所述零部件中的微结构、以及所述两者进行仿真
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用下列等式来 对所述零部件中的铸件缺陷、所述零部件中的微结构、以及所述两者进行仿真
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用下列等式来 对所述零部件中的铸件缺陷、所述零部件中的微结构、以及所述两者进行仿真
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用下列等式来 对所述零部件中的铸件缺陷、所述零部件中的微结构、以及所述两者进行仿真
9.一种对零部件的铸件缺陷和微结构进行预测的方法，包括提供凝固期间的温度分布、模具填充后的液体静力学压力分布、零部件几何模型、材 料、熔化质量、以及热动力系数据库；使用集成的孔生长和枝晶间流动模型对所述零部件的铸件缺陷和微结构进行仿真；以及对零部件的铸件缺陷和微结构的尺寸、体积百分数、以及分布中的至少一个进行预测。
10.一种对零部件的铸件缺陷和微结构进行预测的制造物件，所述制造物件包括信息 输入部、信息输出部、以及至少一种计算机可用介质，其中所述信息输入部配置成接收与凝固期间的温度分布、模具填充后的流体静力学压力分 布、零部件几何模型、材料、熔化质量、以及热动力学数据库有关的信息；所述信息输出部配置成转换与由系统预测的零部件的铸件缺陷和微结构的尺寸、体积 百分数和分布中至少一个有关的信息；所述计算机可用介质包括在其中实施的计算机可读程序代码工具，用于使用集成的孔 生长和枝晶间流动模型对所述零部件中的铸件缺陷、所述零部件的微结构、或者所述两者 进行仿真；以及所述计算机可用介质与所述信息输入部和所述信息输出部协作，使得所接收的信息由 所述计算机可读程序代码工具操作，以便作为对所述零部件的铸件缺陷、所述零部件的微 结构、或者所述两者的预测而提供给所述信息输出部。
全文摘要
本发明涉及用于对铸件中的铸件缺陷和微结构进行仿真的方法。具体地，提供了用于在不知道铸件布局、铸件浇注系统和冒口设计、以及铸造工艺参数的具体情况中的一个或多个的情况下就零部件/系统耐用性分析对供应商/卖家的铸件中的铸件缺陷和微结构进行预测的系统。该系统还包括使用集成的孔生长和枝晶间流动模型。还提供了在不知道铸件布局、铸件浇注系统和冒口设计、以及铸造工艺参数的具体情况的情况下对零部件的铸件缺陷和微结构进行预测的方法以及制造物件。
文档编号G06F17/50GK102117358SQ201010597510
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者D·L·梅茨格, G·P·巴克尔, Q·王 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司