《第9章_FLOW-3D_V9.3铸造充填分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章_FLOW-3D_V9.3铸造充填分析（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章、FLOW-3D 铸造充填分析,FLOW-3D v9.3,可接受之图档格式网格建立成形條件設定成形材料选择指定物理量 充填模式模具材料选择边界条件定义初始条件设定输出资料数值选项设定执行充填分析常用的输出结果,FLOW-3D 可接受之图档,FLOW-3D 接受多种图档及网格格式，可从外部绘图程式或其他 CAE 前处理器转入。不过在预设的前处理器中，仅能直接读取 STL 格式。其余格式必须以文字编辑器编辑 Prepin 档。STLUNVOther meshes操作,STL（stereolithography ）format,大部分的 CAD 都支持 STL 格式输出。STL 格式转出时，实
2、体图档会以三角形面完全包覆，转出格式则包含三角形的三个点的座标，以及三角形的法线方向。所有的座标格式均采用直角座标系 (Cartesian coordinate system)。,STL 格式,STL 档案是以”.stl”为副档名，STL格式是以近似的外包曲面来代表物体的表面。STL 档案中包含一序列的面资料，每一个面资料以一个单位法向量（Normal vector）以及三个顶点（vertices）座标来表示。因此是以 12 个数字来代表一个面。STL 档案分为 Ascii 及 Binary 两种格式，Ascii 的 STL 档案只是为了让使用者可以看出其格式并且进行编辑，但是档案格式较大。由
3、於 FLOW-3D 两种格式都可以接受，建议生成格式采用 Binary 格式（Binary 格式的 STL 档案较小）。,I-DEAS Universal File,FLOW-3D 也可接受从其他 CAD 或 CAE 产生之 tetrahedral 网格档，预设格式为 I-DEAS 的 Universal 格式（副档名为 .unv），由於读入的资料仅需四个顶点的座标以及其关连性，因此即使是其他格式的网格档，只要符合这个格式，就可以读取。如果要输入此类格式之网格档，必须以 notepad 编辑 Prepin 档。 FIDEAS(L)=filename. 预设档案名称为 “cadfnn.inp”
4、，nn 为数字. 转入之图档同样可以在 FLOW-3D 内进行平移/旋转/缩放等设定。,其他网格格式,FLOW-3D 也支持由 ANSYS 转出之 Tetra Element 网格档，不过必须将档案分为两部分，分别是座标档以及网格关连档。在铸造领域设定时，建议使用者直接以 STL 档作为分析档案格式。,操作：从前处理器加入 STL 档,加入 STL 档,在FLOW-3D没有限制 STL 档的数量，如果需要加入多个 STL 档，可以重复加入.,Geometry file(s) 几何图档设定,单位转换,变更类型,变更物体单位及图档类型,Unit 单位,FLOW-3D 内定单位为SI（m, Kg,
5、）CGS（cm, g, ）ENGINEERING（英制）由于大部分铸件绘图单位为 mm，因此在 FLOW-3D 读入图档时建议将单位转换至 CGS 制。1 mm = 0.1 cm，因此单位转换时 Global magnitude 必须填入 0.1。,Component Type 物件类别,Solid,Hole,Complement,网格基本设定,使用时机：大部分状况，建议采用 Uniform Meshes。如果是 External Flow 的案例，再利用 Non-Uniform Meshes 减少网格数量,Non-Uniform Meshes,Uniform Meshes,建立网格,网格的区
6、域必须将模穴的部分完全包覆，但是在进料的位置需要让模穴位置稍微凸出网格范围。,以 FAVOR 检视网格建立状况,在网格切割完成之後，可以用 FAVOR 检视在现有网格数量设定下，是否能够完整的描述模型的外型。,网格切割注意事项,网格切割的层数仅需描述几何外型，不需要生成三层以上的网格（单层即可）。建议采用均一尺寸的网格。以 FAVOR 工具检视网格图档是否能完整描述原始图档。多网格区块设定可以在网格数量限制下更完整的描述图档。但是网格区块不宜过多。充填分析建议不需要超过三个（固化分析建议采用一个）。一般而言，网格区块最多不宜超过五个。如果采用多个网格区块，不要在流动复杂的位置做切割（尽可能在流
7、动单纯的位置进行切割）。不同网格区块的网格尺寸大小可以不同，但是尽量不要超过两倍。如果要用多网格区块进行网格建立，尽可能采用 Linked Blocks。,Multi-Mesh Block设定,有时候模型的造型以单一网格区块圈选时会浪费许多的网格空间，而这些网格空间都会占用内存。因此，可以利用Multi-Mesh Block来建立网格；不过，过多的网格区块会造成计算时间增长。建议网格区块数量如下：重力铸造：1 4个网格区块压力铸造：2 5个网格区块V9.2以后的版本都支持Active Mesh的计算方式，大部分的铸造案例建议采用单一Mesh Block即可（可以减少Mesh Block之间的计
8、算误差）,分析條件設定,FLOW-3D 可以指定分析停止的条件。分别是：Finish Time（指定时间，时间到达时停止）Fill Fraction（指定充填率，充填率到达指定值时停止）Solidified Fluid Fraction（指定固化率，固化率到达指定值时停止）Finish Time 为最高判断原则，一旦到达 Finish Time，程式会强迫停止。一般执行充填仿真时，会选用 Fill Fraction 作为程式判断条件（在 Finish Time 填入较大的数值）。,操作：指定分析条件,由于 Finish Time 到达时，程式也会停止计算；因此将此数值加大，确保程式会以 Fil
9、l Fraction 作为停止条件,指定分析停止条件 - Fill FractionFill Fraction=1 - 模穴填满率达 100%才停止,成形材料选择,FLOW-3D 内建材料库中，包含了大部分常用的金属材料。使用者可以直接选用。如果材料库内的材料不足，可以利用新增材料的方式建立自己的材料；另外，也可以编辑内建之材料。FLOW-3D 是一套标准的计算流体力学（Computational Fluid Dynamics ）软件，因此支持多流体的计算方式。分析可以载入两种不同的材料以进行两相流分析（铸造领域不会使用到此部分功能）。,FLOW-3D 內建材料之資訊,FLOW-3D 内建材料
10、之信息,操作：选择成形材料,选择材料时必须指定单位,指定物理量 充填模式,Air Entrainment 卷气Defect Tracking 缺陷追踪Density Evaluation 密度变化Gravity 重力Heat Transfer 热传Solidification 固化Viscosity and turbulence 黏度与紊流,Air Entrainment,当流体处于自由液面流动时，表面紊流可能会将空气卷入流体内，这种现象称为卷气（Air Entrainment）。铸造过程中，卷气可能会造成缩孔的产生，以及铸件表面或结构上的缺陷。仅开启卷气模型计算时，卷气计算并不会影响到原始流
11、体的流动模式（卷气量不大），如果卷气量大到足以影响流场的运动模式，就必须开启Density Evaluation（密度变化模型） 以考虑卷气量对于流体密度的变化。前者称为Passive计算；而后者则是称为Active计算。,Air Entrainment models,填入表面张力系数并不会启动表面张力模型计算；不过会根据表面张力系数大小计算流体表面的力平衡，以决定卷入的空气量。,在Active模式需要计算空气卷入量对于流体密度的影响时，才需要填入空气密度值。一般计算（Passive）不需要填入此数值。,Defect Tracking,铸件的机械强度与铸造过程中生成的氧化膜、卷气，以及其他在充
12、填过程中夹杂于固体内之杂质息息相关。表面追踪模型（The Surface Defect Tracking model）会记录金属液体与表面空气接触的时间以及接触面，能够让使用者预测金属氧化膜的生成位置以及集中区域。,氧化膜追踪分析时，Oxide generation rate是一个相对值，因此先将数值设定为1000。在分析结果中在以后处理的方式检查氧化膜的位置。,Density Evaluation,FLOW-3D 内的流体密度可以是其他变数的函数，例如温度或是固化率。举例而言，计算时可以考虑流体密度随着流体温度的变化。,Gravity,FLOW-3D 内的重力方向是以卡式座标系定义。数值可为
13、 X, Y, Z 三方向之一，或者是以分量的方式加以组合。如果流体运动过程中，重力方向会随着时间变化（例如倾斜铸造 Tilt Casting），可以改用 Non-Inertial Reference Frame 加以定义。,重力单位为 CGS,Heat Transfer,热传计算必须先启动内能计算，再决定热传形式。FLOW-3D 预设之内能（internal Energy）计算方式系采用 1st-order upwind differencing method 的内能计算方程式，适用於大部分的应用案例。如果使用者的流场形式需要较高的精度计算，例如浮力场（buoyant flows ）温度可能会
14、随着流体密度变化的状况，才需要开启二阶计算。,Heat Transfer and Conduction in Components,Uniform component temperatures所有的物件会被当作是 Lumped temperature body （集总温度物件，整个物件视为一均一温度之物件），物件内部不计算温度传导（Density * Specific Heat 为 passive），不过温度值可以在 Prepin 档内编辑，指定为随着时间变化。Non-uniform, constant temperature 物件内的温度不均一，但是仍然不会启动传导方程式计算温度分布，因此物
15、件的温度不会随着时间而改变。物件的温度可以利用初始条件加以定义，或者是以 restart接续已有结果计算。,Heat Transfer and Conduction in Components,Full energy equation热传计算包含整个物件，因此固体部分的 Thermal Conductivity 和 Density*Specific Heat 都必须填入数值，否则整个物件会被当作是固定温度而不进行相关的计算。,Heat transfer,为了缩短计算时间，使用者可以采用 First order / Uniform component temperatures （此时假设模具温度
16、为等温，程序不计算模具内的温度分布）FLOW-3D V9.2以后的版本针对此设定以及未开启热传分析的专案会自动启动Active Mesh设定，可大幅度的缩短分析时间。,Solidification,当启动固化模型（Solidification Model），以及指定热传、比热以及热传导後，固化计算就可以进行。预设计算过程中，铸件的潜热（latent heat）会以线性的方式从液态温度降低至固化温度；如果潜热释放的状况较复杂，可以利用编辑 Specific Energy Tables （Fluids Solidification Properties Specific Energy Tables ）的方式定义潜热释放为温度相关的方程式。,Solidification options,单纯进行充填仿真时，仅需开启Activate solidification，其余选项维持初始设定即可。,
