[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】使用SPH对薄壁高压模具的“数值模拟”进行流量分析和校验-中文翻译（定）

使用 SPH 对薄壁高压模具的“数值模拟”进行流量分析和校验 1 引言 高压压铸（ HPDC)，是汽车和家用产品以及电子行业用大容量、低成本金属部件制造的一个重要工序。在高压条件下，通过复杂的浇口和浇道系统，将液态金属（通常为铝、镁或锌）高速（ 30 100m/s）注入模具。模具的几何复杂性通常会产生强烈的三维液体流，使得自由面上带有明显的碎化和飞溅痕迹。模具各部件的填充顺序以及排气道的布置，对于形成夹带空隙最小的均质铸件是极其重要的。这受到浇注系统的设计和模具的几何形状的影响。数值模拟为研究不同模具设计和填充过程的有效性提供了有力的高性价比方法，最终改善了产品质量和过程生产力，包括模具填充更有效的控制以及模具的热性能。 在模拟这些高压压铸流时，经证明十分有效的模拟技术是光滑粒子法（ SPH）。 基本方法的评论，见 Monaghan【 21 23】 ，其在工业领域中的应用（例如 “压力铸造 ”）评论，见Cleary等人【 9】 。 光滑粒子法是模拟热量流和质量流的拉格朗日（无网格）方法，非常适合于模拟这里发现的复杂的飞溅自由面流体。在光滑粒子法中，材料接近于可到处移动的粒子，而不是固定的网格或网孔。这些粒子正在移动内插点，这些内插点载有相关的物理性质，如流体质量、温度、焓、密度和其他任何性质。由纳维 -斯托克斯方程式确定，粒子间作用力，以确保粒子合成运动与相应实际流体运动一致的方式，通过平滑粒子附近的信息来计算的。光滑粒子法在模拟各种压力铸造过程方面的优势如下： 可以容易自然地模仿复杂自由面和材料交界面的状态，包括碎化。 拉格朗日框架是指动量方程内没有非线性项，因此该方法可以很好地处理受动量控制的流体。 能够算入热收缩。 能够很容易地跟踪微观结构和成分信息。 能够预测氧化物的形成和气体卷入，将它们直接作为模拟的一部分。 复杂的物理特性，诸如多相、实际的状态方程、压缩性、凝固、破裂、多孔介质流、电磁以及材料性质的历史依赖性，较欧拉法而言，更容易实施。 为了模拟高压压铸， Cleary等人引入了光滑粒子法 【 3】。为了获得简单的机器部件， Ha【 14】将此方法首次用于模拟三维高压压铸。 Cleary等人【 5、 6】推荐使用改进后的三维高压压铸光滑粒子法模拟可视化方法，也将重力压铸的光滑粒子法模拟与经验结果和迈格码软件模拟结果进行了比较。在【 16】中，针对机器部件的高压压铸，对雷诺数效应和光滑粒子法解决方案的分辨能力进行分析。 Cleary等人【 7、 8】应用光滑粒子法预测了汽车产品的高压压铸。之后， Cleary等人【 11】将光滑粒子法应用于更广泛的产品类型范围，其中包括家用产品（诸如由锌铸造而成的门把手）和电子部件的外壳。 到目前为止，已经使用了水模拟实验，大体上进行校验。 Ha和 Cleary【 4】在简单的准二维结构内，使用已公布的现有水模拟实验，展示了光滑粒子法在捕获关键薄膜和小规模流动特性中的优势。在光滑粒子法模拟和水模拟实验之间， Ha【 15】等人也为重力压铸获得了良好的定量约定 。 为了获得相对紧凑的汽车零件， Cleary等人【 7、 8】对光滑粒子法、迈格码软件（英文名称： MagmaSoft，是一款德国出品的铸造仿真模拟软件）和水模拟实验进行了详细的比较。 该比较为光滑粒子法预测揭示了更好的约定。 Cleary等人 【 11】也使用光滑粒子法，对一系列热运行条件对薄壁惯性运转装置灌注的影响进行了研究。 这些模拟包括与液体流相对应的热传递和凝固，并同实验欠注进行了比较，结果显示它们之间具有良好的一致性。 因为可以追溯历史依赖性质，光滑粒子法也可以用于评价并优化 Prakash等人【 27】制作的铝再熔化铸锭内氧化物的含量，以及 在 Prakash等人【 28 30】进行的炉倾斜操作期间氧化物的含量 。该方法已被用于金属成形作业 ,例如 Bonet和 Kulasegaram【 1】以及Cleary等人【 7、 8、 10】所开展的锻造作业。 Cleary【 2】拓展了光滑粒子法，用其预测低压压铸应用中的给料、凝固以及缺陷的形成。 最近， Pineau和 DAmours【 26】使用光滑粒子法预测半固态金属铸件内的表皮折叠。 Vijaykumar【 35】也使用光滑粒子法研究该方法模拟钢连续铸造的能力。 有时用于模拟铸造的其他方法包括 Schneider和 Grun【 34】创造的有限元法【使用FIDAP】 ，他们两人在直接冷却铸造工作台灌注期间，对流动和温度进行了模拟。 Hu等人【 18】使用基于有限差分的迈格码软件，设计并优化了薄壁镁制通信部件压铸用流道和浇注系统。 Pellika和 Wendt【 25】使用基于有限元的软件 Pro-CAST，论证了数值模拟在简单铝制惯性运转装置高压压铸模拟中的优势。 Helenius等人【 17】也使用迈格码软件，对高压压铸压铸储筒灌注期间的热传递和流动进行了预测。 Rai等人【 31】将 ProCAST同人工神经网络模型结合在一起使用，通过在 4个工业相关过程参数上设置最优性判别，对简单高压压铸部件的灌注时间、凝固时间和孔隙度进行了预测。 Kermanpur等人【 19】使用有限体积编码 FLOW-3D，对汽车部件多腔体模具内的金属流和凝固进行了模拟。正如本文件所述，基于网格的传统方法遇到了这样的问题，即使用有限元法时，很难为复杂的几何形状生成质量良好的网孔。 Lee等人【 20】使用三维有限元编码 DEFORM-3D，对将大型铸锭加工成锻铁部件的开式模锻造期间的内空隙缺陷予以了分析。 Gunasegaram等人【 13】将基于有限差分的迈格码软件同实验设计思想结合起来使用，限定了优化一套给定的过程参数所需的模拟次数。对于有限差分法和有限体积法而言，如果不进行仔细的特殊处理，通常会遇到以 “步进 ”方式呈现出来的弯曲的几何形状，若未