[发明专利]铸件晶粒组织形成相关数值的模拟方法

摘要

铸件晶粒组织形成相关数值的模拟方法，属于铸件晶粒组织形成模拟领域。现有的目前晶粒组织模拟中计算晶粒移动所导致的计算量大以及计算时间长的问题。一种铸件晶粒组织形成相关数值的模拟方法，进行宏观尺度网格剖分；获得t时刻下铸件内等轴晶晶核密度的分布；获得温度T分布，直到t*时刻所有z＝0的计算网格(j，k)char＝0中最高温度小于液相线温度TL，并记录对应的等轴晶晶核密度采用CA法则进行晶粒组织模拟；进行晶粒生长速度的计算；设定t*时刻后，固相均停止运动，即重复步骤二、步骤三和步骤六，直至凝固结束，输出晶粒组织。本发明准确地预测了凝固晶粒组织形成，并缩降低预测过程计算量、缩短计算时间。

主权项

一种铸件晶粒组织形成相关数值的模拟方法，其特征在于：铸件晶粒组织形成相关数值的模拟方法通过以下步骤实现：步骤一、在X×Y米铸锭系统的X方向和Y方向上，分别以X方向网格剖分步长Δx和Y方向网格剖分步长Δy进行宏观尺度网格剖分，形成一系列计算网格，且由(j，k)char＝z表示计算网格的类型，z取0、4、5、6、7和8时分别铸锭网格、内冷铁网格、外冷铁网格、冒口套网格、保温材料网格和绝热材料网格；其中，Δx＝Δy，Δx和Δy的取值范围都为1×10‑3～4×10‑3米；j、k和z均为整数，j表示二维数组中X轴方向上网格的标号，j的取值范围为1～M，k表示二维数组中Y轴方向上网格的标号，k的取值范围是1～N，步骤二、在t时刻针对所有z＝0类型的计算网格(j，k)char＝0，获得t时刻下铸件内等轴晶晶核密度的分布；步骤三、针对所有z≠0类型的计算网格(j，k)char≠0，计算能量守恒方程，获得温度T分布：[H]＝cpT，其中，cp表示比热，ρ表示密度，λ表示导热系数；步骤四、重复步骤二和步骤三，直到在t*时刻下所有z＝0的计算网格(j，k)char＝0中最高温度小于液相线温度TL，记录t*时刻下所有计算网格(j，k)char＝0对应的等轴晶晶核密度步骤五、采用CA法则进行晶粒组织模拟：将宏观尺度计算网格(j，k)char＝0进行CA网格剖分形成Mcell·Ncell个CA网格，CA网格的标号为(j，k)char＝0‑(jcell,kcell)；之后将步骤四中所有计算网格(j，k)char＝0对应的等轴晶晶核密度转化为晶核个数,并在CA网格中进行分配；其中，jcell的取值范围是1～Mcell，kcell的取值范围是1～Ncell，步骤六、针对标号为(jcell,kcell)nuclei的CA网格通过生长速度计算公式：进行晶粒生长速度的计算，其中：D1表示液相溶质扩散率，单位为m2s‑1，ml表示液相线斜率，Kwt％‑1，q表示平衡分配系数，Co表示合金初始成分；Γ表示吉布斯‑汤姆森系数，TL表示液相线温度；步骤七、设定t*时刻后，固相均停止运动，即重复步骤二、步骤三和步骤六，直至凝固结束，输出晶粒组织。