华 南 理 工 大 学 学 报 自 然 科 学 版
第 卷 第 期
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＶｏｌＮｏ
年 月
Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ
Ｊａｎｕａｒｙ
文章编号 Ｘ
收稿日期
基金项目 粤港关键领域重点突破项目Ｚ 广东省重大科技专项Ａ
作者简介 曹文炅男博士生主要从事精密模具成型及数值模拟研究Ｅｍａｉｌ ｃａｏｗｅｎｊｉｏｎｇｍａｉｌｓｃｕｔｅｄｕｃｎ
压 铸 充 型 过 程 的 ＳＰＨ 方 法 建 模 及 数 值 模 拟
曹文炅
周照耀
何毅
吴菲
华南理工大学 机械与汽车工程学院 广东 广州 广州华立科技职业学院 广东 广州
摘要 基于欧拉描述的数值方法在求解压铸充型过程自由表面问题时存在一定困难
为提高自由表面数值模拟的准确性建立了基于纯拉格朗日描述的压铸充型过程光滑粒
子流体动力学ＳＰＨ方法计算程序引入 Ｍｏｎａｇｈａｎ 边界模型建立了型腔壁面边界条件
通过划分入流区域粒子和流体粒子满足了入流边界条件采用所编制的程序计算了
Ｓｃｈｍｉｄ 验证模型并将该计算结果分别与实验结果以及采用有限差分方法ＦＤＭ计算的
结果进行了对比发现 ＳＰＨ 方法的计算结果更好地表现了充型阶段的自由表面分布 且
能更准确地模拟充型形成的空穴的位置和大小
关键词 高压铸造 光滑粒子流体动力学 边界条件 充型 数值模拟
中图分类号 ＴＧ ｄｏｉ ｊｉｓｓｎＸ
高压铸造ＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｄｉｅ ＣａｓｔｉｎｇＨＰＤＣ 是
将金属液体在高压条件下以极高的速度充填模具型
腔并在浇口处保持高的挤压力而使金属液体凝固
成型的过程该工艺能够成型具有高精度高表面质
量高强度的零件因此广泛应用于汽车航空航天
通信等领域然而金属液充填型腔过程中易形成气
孔缺陷该缺陷是影响压铸件废品率的主要因素之
一
通过计算机数值模拟对金属液充型过程进行
分析能够有效把握充型状态的合理性从而降低铸
件废品率提高产品质量目前研究者主要采用基
于欧拉描述下的计算流体动力学方法即通过有限
差分法有限体积法和有限元法等离散求解域并求
解相关控制方程获得金属液在模腔内的运动规律
然而基于欧拉描述的流体计算模型不能直接处理自
由表面运动物质交界面等问题而需引入体积分数
方程等手段进行特殊处理具有一定的局限性此
外上述方法的求解精度均依赖于网格的质量而对
于复杂形体的网格划分十分困难故往往因网格畸
变严重而造成求解精度降低甚至发散
近年来无网格法备受人们关注其中一种被称
为光滑粒子流体动力学ＳＰＨ的方法在天体物理
计算流体动力学等方面得到了较深入的发展该方
法最早由 ＬｕｃｙＧｉｎｇｏｌｄ 以及 Ｍｏｎａｎｇｈａｎ 提出
它
通过基于纯拉格朗日描述的一系列粒子离散求解
域粒子和粒子之间通过核函数建立相互作用从而
彻底取代了网格对流动前沿的计算是评价计算模
型准确性的关键指标由于 ＳＰＨ 算法的纯拉格朗日
特性对于自由表面的追踪可以通过粒子本身的位
置确定而在压铸成型中金属液的自由表面对产品
质量的影响极为关键因此 ＳＰＨ 方法在压铸过程模
拟中具有一定优势
目前 ＳＰＨ 方法在压铸方面的研究还相对较少
主要 集 中 于 Ｃｌｅａｒｙ 所 在 的 ＣＳＩＲＯ 实验 室Ｃｌｅａｒｙ
等
分别采用 ＳＰＨ 方法和体积函数ＶＯＦ方法计
算了某铸件充型过程并进行了对比同时建立了透
明模具进行水流注射实验通过高速摄像的方法捕
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