铸造工程的模拟仿真与质量控制

　　本书以中国工程院院士、清华大学柳百成教授领导的科研组长期从事铸造领域的计算机应用，特别是铸造过程宏观及微观模拟仿真的研究成果为基础，全面系统地介绍了铸造工程的计算机模拟真及质量控制技术，综合反映了国际、国内学者在铸造工程模拟访真和质量控制研究领域的研究进展和发展水平，提出了用电子计算机技术改造传统铸造产业的基本思路和技术措施。全书共分九章，主要以铸造充型凝固过程的流场、温度场模拟仿真和缩孔、缩松预测，应力场数值模拟分析及微观组织和力学性能预测为主要内容。介绍了凝固模拟技术与CAD/CAM的集成技术以及如何纳入并行工程环境的技术模型。通过实例，详细介绍了专家系统在铸造工程中铸造缺陷分析与诊断的应用以及计算机质量控制技术在液体金属和造型、造芯质量控制方面的应用。最后，还介绍了铸造企业中计算机信息管理系统的建立及其模型。

　　柳百成，1955年毕业于清华大学，获金质奖章。1999年当选为中国工程院院士。现任清华大学机械工程系教授、博士生导师，兼任国家自然科学基金委员会学科评审组成员及国际学术刊物“lnternationalJournalofCastMetalsResearch”中国编委等职。共完成科研成果17项，发表论文200余篇（英文80余偏）。长期从事铸铁结晶凝固过程及石墨形态控制的基础研究和提高铸铁性能的应用研究。在国内较早提出用电子计算机技术改造传统铸造行业，开拓多学科宏观及微观铸造过和模拟仿真研究新领域。1998年获国家教育部科技术进步一等奖及二等奖，1996年获国家教委科技进步二等奖，1995年获国家教委科技进步一等奖和光华科技基金奖二等奖，1993年获北京市高校优秀教学成果一等奖，1981年获美国铸造学会杰出论文奖。获国家发明专利2项。应邀赴美国麻省理工学院等24所大学讲学，在国际学术会议上宣读论文20余篇。

前言
第一章结论
l.1铸造行业的地位及作用
1.2铸造成形加工技术的国内外发展趋势
1.3用计算机技术改造传统铸造行业
1.3.1铸造过程的宏观与微观模拟仿真
1.3.2铸造专家系统的研究与开发
1.3.3铸造工程中的计算机质量控制及信息管理系统
1.4结束语
参考文献
第2章CAD／CAE／CAM在铸造工程中应用
2.1铸钢件铸造工艺CAD原理
2.1.1铸钢件冒口设计
2.1.2铸钢件浇注系统设计
2.1.3冷铁设计原理
2.1.4其他设计内容
2.1.5程序开发与应用
2.2现代铸造模具设计与制造技术
2.3工程数据库的应用
2.4产品数据交换标准
2.5铸造工程中并行工程的应用
2.6结束语
参考文献
第3章铸件充型凝固过程数值模拟
3.1铸件充型凝固过程数值模拟概况
3.1.1速度场和压力场的求解
3.1.2自由表面问题
3.1.3铸造充型过程紊流的模拟
3.2铸件充型凝固过程流场.温度场模拟
3.2.1SOLA－VOF数学模型
3.2.2连续性方程和N－S方程的离散
3.2.3用SOLA法求解速度场和压力场
3.2.4用VOF法处理自由表面
3.2.5充型过程温度场的计算
3.2.6其他问题的处理
3.3铸件充型过程紊流的数值模拟
3.3.1双方程紊流模型
3.3.2代数应力模型
3.3.3低雷诺数紊流模型和壁面函数法
3.3.4紊流模拟实例
3.4铸件凝固过程温度场模拟
3.4.l传热问题的基本方程
3.4.2传热方程的离散化
3.4.3差分格式的稳定性讨论
3.5铸件凝固过程缩孔.编松形成预测
3.5.1铸钢件编孔.编松预测
3.5.2球墨铸铁缩孔定量预测判据
3.6应用实例
3.7结束语
参考文献
第4章精确铸造成形条件下的充型凝固过程数值模拟
4.1精确铸造成形过程模拟仿真研究现状
4.1.1压铸充型凝固过程模拟发展现状
4.1.2低压铸造充型凝固过程模拟发展现状
4.l.3消失模铸造充型凝固过程模拟发展现状
4.2压力铸造充型过程数值模拟
4.2.1压铸充型过程数学模型的统一形式
4.2.2边界条件处理
4.2.3压铸充型过程的数值求解过程
4.2.4压铸充型过程数值模拟的并行计算技术
4.2.5压铸充型过程的计算模型的验证
4.2.6压铸充型过程数值模拟的应用实例
4.3低压铸造充型过程数值模拟
4.3.l低压铸造充型过程的试验研究
4.3.2低压铸造充型过程数值模拟简化模型
4.4精确铸造成形条件下的凝固过程数值模拟
4.4.l热传导问题数学模型
4.4.2求解热传导问题的分数步长法
4.4.3初始条件及边界条件
4.4.4非均匀计算网格
4.4.5计算区域优化
4.4.6压铸凝固过程数位模拟验证及应用实例
4.5压力条件下铸件缩孔.缩松形成预测
4.5.l压力条件下编松判据的研究
4.5.2压力条件下编松判据的验证
4.6结束语
参考文献
第5章铸造过程的应力场数值模拟
5.1铸件凝固过程应力数值模拟的研究现状
5.2热力耦合
5.3应力分析模型
5.3.1准固相区间流变学模型
5.3.2固相高温区一热弹塑性模型
5.4铸件／铸型边界条件处理——接触单元法
5.4.l点面接触单元有限元模型
5.4.2接触状态的判别准则
5.4.3接触力
5.5凝固过程FDM／FEM集成热应力分析系统
5.5.l数值计算方法
5.5.2集成热应力分析系统
5.5.3应力分析软件介绍
5.5.4高温力学性能和高温流变学性能数据库
5.6集成应力分析系统的验证
5.6.l准固相区热应力分析验证及热裂预测
5.6.2凝词以后阶段的热应力数值模拟
5.7工程应用
5.7.1机床床身的分析.预测
5.7.2发动机缸体的分析.预测
5.7.3水轮机叶片的热应力及变形数值模拟
5.7.4减速器箱体的准团相区间应力数值模拟及热裂预测
5.8结束语
参考文献
第6章铸造合金的微观组织计算机模拟
6.1微观组织数值模拟的物理与数学基础
6.1.1形核模型
6.1.2生长模型
6.1.3溶质扩散模型
6.2微观组织计算机模拟的数值方法
6.2.l确定性模拟方法
6.2.2随机性模拟方法
6.2.3相场方法
6.2.4介观尺度模拟方法
6.3球墨铸铁的微观组织数值模拟研究
6.3.l形核模型
6.3.2生长模型
6.3.3球墨铸铁件力学性能的预测
6.4结束语
参考文献
第7章专家系统在铸造工程中的应用
7.l研究专家系统的意义及现状
7.l.1研究专家系统的意义
7.1.2专家系统的产生与发展
7.1.3铸造专家系统的研究现状
7.2专家系统的基本原理
7.2.1专家系统的结构与工作原理
7.2.2构造专家系统的基本问题
7.2.3专家系统的开发过程
7.3专家系统的设计与开发
7.3.l专家系统开发工具
7.3.2知识表示
7.3.3推理机制
7.4铸造质量专家FQ-Expert的设计与开发
7.4.1系统整体设计框架
7.4.2铸件缺陷分类体系
7.4.3知识库设计
7.4.4铸件缺陷识别
7.4.5缺陷原因分析与对策
7.4.6系统维护
7.5结束语
参考文献
第8章铸造工程中的计算机质量控制
8.1液态金属的计算机快速质量检测
8.1.1铸造热分析法
8.1.2热分析法检测液态铝合金的质量
8.1.3热分析法检测铁液的质量
8.1.4热分析仪器
8.1.5存在的问题和发展方向
8.2造型.造芯过程的计算机控制
8.2.1造型机（线）的计算机控制
8.2.2造芯过程的计算机控制
8.2.3砂型.砂芯的快速原型制造
8.3砂处理系统的计算机控制
8.3.1水分的自动控制系统
8.3.2型砂性能的在线检测与控制
8.3.3物料加入量的计算机控制
8.3.4旧砂冷却系统的自动控制
8.3.5型砂质量分析与控制的计算机人工智能系统
8.4结束语
参考文献
第9章铸造企业的计算机信息管理
9.1企业管理信息系统发展概述
9.2铸造企业管理信息系统发展现状
9.3铸造企业管理信息系统的内容
9.3.1生产技术数据
9.3.2生产管理
9.3.3物料采购管理
9.3.4财务管理
9.3.5市场营销与销售管理
9.3.6综合查询与决策支持
9.3.7人事管理
9.3.8质量管理
9.4企业网络建设与软件开发
9.4.l企业内部网络
9.4.2网络互连技术
9.4.3网络操作系统
9.4.4网络数据库系统及其开发工具
9.5企业管理信息系统的规划与实施
9.5.1企业管理软件的规划
9.5.2系统的实施
9.5.3实施中的注意事项
9.6相关管理技术
9.6.1计算机集成制造系统(CIMS)
9.6.2其他相关管理技术
9.7应用实例
9.7.l企业生产经营状况
9.7.2总体规划设计
9.7.3系统主要功能
9.8结束语
参考文献