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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