Magma鑄造CAE模擬

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1、 Magma操作 STL導(dǎo)入 點(diǎn)擊“preprocessor”進(jìn)入“MAGMApre”界面，依次導(dǎo)入相應(yīng)的構(gòu)件，保存。 Mesh劃分網(wǎng)格 如上圖所示，Magma共提供以上四種劃分網(wǎng)格方法：自動(dòng)劃分、標(biāo)準(zhǔn)劃分、高級(jí)、高級(jí)2。其中，自動(dòng)劃分是指用戶自己制定劃分的總的網(wǎng)格數(shù)，Magma自動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整劃分實(shí)體，標(biāo)準(zhǔn)劃分是指鑄型等不需要很高精度的部分進(jìn)行的一種比較粗略的劃分，如果需要對(duì)某一部分進(jìn)行更細(xì)的劃分，那么用戶可以在“高級(jí)”中進(jìn)行制定網(wǎng)格大小，甚至可以在“高級(jí)2”中對(duì)更進(jìn)一步的某些部分進(jìn)行更細(xì)的網(wǎng)格劃分。 自動(dòng)劃分是用戶可以制定計(jì)算部分的大約網(wǎng)格數(shù)、是否生成殼、是否

2、核心劃分、是否針對(duì)解法5進(jìn)行劃分。 Solver5是一種針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的網(wǎng)格劃分方法。 1.2.4 網(wǎng)格劃分 1.根據(jù)網(wǎng)格總量劃分 1）打開選擇功能表enmeshment,則mesh generation的視窗就出現(xiàn)； 2）選擇automatic ,輸入網(wǎng)格總數(shù)量； 3）選擇generate 劃分。 按照網(wǎng)格總數(shù)劃分 標(biāo)準(zhǔn) 高級(jí) 更高級(jí) 2.根據(jù)單元網(wǎng)格三維尺寸劃分 按網(wǎng)格三維尺寸劃分 1）操作步驟： （1）選擇功能表enmeshment,則mesh generation的視窗即出現(xiàn)； （2）選擇standard模式定義標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格化參數(shù)(

3、如圖 1.2.4-2)； （3）若standard模式不符劃分需求,選擇advanced和advanced2模式 ,來局部區(qū)域細(xì)分； 依據(jù)個(gè)人需求,改變預(yù)設(shè)的參數(shù),參數(shù)說明后面3）中敘述。 （4）選擇calculate,測試產(chǎn)生網(wǎng)格數(shù)； （5）假如接受測試結(jié)果,選擇generate正式產(chǎn)生網(wǎng)格。 網(wǎng)格數(shù)量 2）劃分準(zhǔn)則 1、Wall thichness— 網(wǎng)格劃分最小結(jié)構(gòu)厚度。 2、Accuracy— 精度 3、Element size— 網(wǎng)格大小 4、Option。 其中Wall thichness和Element size一般設(shè)成一樣大小。 3）參數(shù)

4、說明 （1）wall thickness(壁厚) ─粗分網(wǎng)格； 幾何中只要有壁厚小于設(shè)定值的地方就不會(huì)有網(wǎng)格產(chǎn)生,單位是mm 。 （2）Accuracy 、Element size ─細(xì)化網(wǎng)格； Accuracy ─控制格子大小要再分割幾等分。例如值3將更進(jìn)一步分成三等份。但是也不是硬性分割,還是有一個(gè)限定值就是element size,如果細(xì)分的網(wǎng)格大小小于element size就不會(huì)再細(xì)分下去。element size─定義網(wǎng)格的三維值,它的優(yōu)先度高于accuracy,單位是mm。 （3） 在參數(shù)accuracy和element size使用后仍不滿意效果時(shí)選擇opti

5、on選項(xiàng)。 Smoothing —是兩相鄰格子長度的比值, 若比值大于設(shè)定值, 較大的格子就會(huì)再被細(xì)分,內(nèi)定值是2。 Ratio —類似smoothing然而smoothing是兩個(gè)相鄰格子長度的比值,而ratio是單一格子長寬比,以避免不平衡的外觀比率。 注意：網(wǎng)格產(chǎn)生后請(qǐng)注意右下角Mesh info所顯示的訊息,尤其是警告訊息,若是嚴(yán)重的警告,必須解決(模型、網(wǎng)格參數(shù)),重新劃分網(wǎng)格才能繼續(xù)仿真的工作。 3. 查看網(wǎng)格質(zhì)量 1）選擇主劃面post processor→on geometry ；如下： 圖 1.2.4-4 后處理工作界面 2）點(diǎn)擊material

6、s后，按住Ctrl點(diǎn)選材料，點(diǎn)擊Apply；則顯示幾何體； 3）選擇results— mesh quality，顯示網(wǎng)格質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。 MAGMA使用不同顏色表示一些有問題的網(wǎng)格,主要有三類： A：黃色Connecting over edge only 表示cast材料與其他材料只有邊接觸,這樣會(huì)有問題,因?yàn)闊峒安牧狭鲃?dòng)只可以從接觸面進(jìn)出。 B：淡藍(lán)色Blocked cells 表示cast材料與inlet材料沒有連接起來,這可能是因?yàn)閕nlet沒建好。 C: 深藍(lán)色Thin wall cells 表示幾何材料的壁厚為一層cells(網(wǎng)格), 正常幾何邊與邊接觸面積至少要3個(gè)ce

7、ll厚,否則金屬液流速過快導(dǎo)致充激與摩擦,得到不正確的流動(dòng)仿真結(jié)果。 參數(shù)設(shè)定 選擇鑄造方法 設(shè)定材料等參數(shù) 1.2.5參數(shù)設(shè)置 一般流程：模型、過程計(jì)算選擇 — 材料設(shè)置 — 傳熱系數(shù)定義 — 特殊工藝設(shè)置 — 充型定義 — 凝固定義 — 應(yīng)力定義 — 準(zhǔn)備仿真內(nèi)容。具體操作如下： 模型與場的選擇 金屬模(permanent)和砂模(sand mold)。金屬模只有批次執(zhí)行（循環(huán)）和應(yīng)力計(jì)算，砂模有充型計(jì)算、凝固計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算。 計(jì)算充型 計(jì)算凝固 計(jì)算應(yīng)力 圖1.2.5-1模型選擇 2. 材料設(shè)置 1）選擇材料類型； 2）點(diǎn)擊se

8、lect data； 3）選擇具體材料。 [+]材料叢集(material class)是可展開和收合的(expand、hide)；[-]材料群組(material group) 是不可展開和收合的。若要定義材料：[+]是對(duì)整個(gè)材料組定義相同材料；[-]對(duì)個(gè)別材料定義。 圖 1.2.5-2材料設(shè)置 4）舉例：對(duì)Cast Alloy定義材料,先點(diǎn)選[+] Cast Alloy在點(diǎn)select data ,出現(xiàn)database對(duì)話框。如： 點(diǎn)擊進(jìn)入數(shù)據(jù)庫 MAGMA、GLOBAL、USER、Project 圖 1.2.5-3 材料選擇 Cast Alloy材料定義完

9、ok后,下列材料參數(shù)自動(dòng)顯示在視窗內(nèi)： Liquidus temperature (液態(tài)溫度) Solidus tempeature (固態(tài)溫度) Initial temperature (初始溫度) 根據(jù)需要，點(diǎn)下面parameter按鈕，改變初始溫度。 3. 傳熱系數(shù)定義 1） 選擇材料組接觸對(duì)； 2） 點(diǎn)擊select data； 3） 選擇具體傳熱系數(shù)。 圖 1.2.5-4傳熱系數(shù)定義 方法：鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)選材料群組接觸對(duì)，按住shift鍵可多選材料對(duì),然后指定HTC。 可以按鼠標(biāo)中鍵跳出HTC視窗或點(diǎn)選select data,內(nèi)定的database

10、是MAGMA。 4. 特殊工藝設(shè)置 1） 弄清各項(xiàng)含義； 2） 選擇需要定義的選項(xiàng)； 3） 選擇該項(xiàng)的parameters ； 4） 在parameters 中出現(xiàn)的界面中進(jìn)行設(shè)置； 5） 點(diǎn)擊YES。 以下是各項(xiàng)含義： 觸變鑄造 半固體鑄造 翻轉(zhuǎn)鑄造 鋁合金低壓鑄造？？ 壓力鑄造 傾斜鑄造 砂型滲透率 排氣孔 澆包設(shè)置 拔塞 涂料 浸漬、激冷 旋轉(zhuǎn) 輻射效應(yīng) 開箱？ 淬火 具體什么工藝 具體什么鑄造方法 圖 1.2.5-5鑄造方法、工藝 cosworth process 設(shè)置界面如下： 澆注速率計(jì)算 泵的設(shè)置

11、 旋轉(zhuǎn)設(shè)置 圖 1.2.5-6 cosworth process設(shè)置界面 5. 充型定義 圖 1.2.5-7充型設(shè)置 1）use solver（求解器） 選擇： solver 1 ─ 采用的熱能方程式不允許熱通過自由表面，所以不適合有噴射效應(yīng)的流動(dòng)，比較適合簡單的底注方式。 注意：如果用solver 1則有一些功能不能用，例如dump（傾斜）； multiple inlet （并聯(lián)澆口) ；venting（排氣）；tilt（傾斜）等功能。 solver 2 ─連續(xù)方程式；動(dòng)能方程式及熱能方程式，采Euler equation以非黏性流體來計(jì)算，并允許熱流經(jīng)

12、自由表面，也允許高雷諾數(shù)的流動(dòng)。 solver 3 ─ 類似solver 2但動(dòng)能方程式采用Navier-Stokes equation以黏性流體來計(jì)算。 solver 4 ─ 類似solver 3，主要的差異在于計(jì)算的時(shí)間和步驟不同。 注意：建議對(duì)系統(tǒng)的仿真采用Solver 3 或Solver 4；準(zhǔn)確性高。 2）充型依據(jù)：時(shí)間、速率、壓力。 2.： （1）充型速率為依據(jù) A：一個(gè)澆口 a.在filling depends點(diǎn)選pouring rate選項(xiàng)； b.跳出 pouring rate definition的視窗出來，見圖1.2.5-9

13、； c.根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)(x y)來定義,輸入數(shù)據(jù)時(shí)中間空一格，然后選insert或是按enter鍵來確認(rèn)，左邊的pouring rate曲線則顯示出來。如圖 1.2.5-9 圖 1.2.5-8澆注速率為充型依據(jù) 圖 1.2.5-9 澆注速率設(shè)置 B：多個(gè)澆口 圖 1.2.5-10兩個(gè)澆口澆注 a.選擇其中一個(gè)inlet； b.然后按parameters鍵,則pouring rate definitions視窗顯示出來； c.輸入體積流動(dòng)率曲線資料如同單個(gè)澆口速率設(shè)置所述,然后按ok鍵； d.對(duì)每個(gè)inlet設(shè)定重復(fù)上面的步驟直到完成,自動(dòng)回到充型設(shè)置視窗。

14、 注意： 1.multiple inlets只能使用在solver 2,3,4； 2.每個(gè)inlet的流入方向必須是相同的(例：重力鑄造是-Z方向)； 3.所有inlet的充型條件必須都定義pouring rate方式。 (2) 壓力為依據(jù) pressure─這個(gè)選項(xiàng)是入口(inlet)的壓力,表示值為表壓力=絕對(duì)壓力—大氣壓力。同樣以一群坐標(biāo)點(diǎn)來定義壓力曲線。 數(shù)據(jù)輸入同速率數(shù)據(jù)輸入： 圖 1.2.5-11 澆注壓力設(shè)置 注意：這里不能定義負(fù)值，否則不能進(jìn)行充型計(jì)算。 3) Filling direction（充型方向） 整個(gè)場的方向x,y,z都不能去改變,并

15、代表著某些意義： 0代表該方向上沒有流動(dòng) 1沿著軸的正方向 -1沿著軸的負(fù)方向 充填方向?yàn)閹缀沃衖nlet的澆注方向，且只能是三軸中某一個(gè)方向，在重力鑄造內(nèi)Z軸為-1。 4) Storing data（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)） (1) 選擇automatic； （2) 選擇automatic、time、percent； （3）輸入數(shù)據(jù)。輸入時(shí)數(shù)據(jù)之間要空格。 儲(chǔ)存的方式： automatic 每10 % 就儲(chǔ)存一次。 time 指定任何時(shí)間(仿真過程)來儲(chǔ)存資料 percent 指定任意% 來儲(chǔ)存資料 6. 凝固定義 1）設(shè)定 t

16、emperature from filling（凝固開始溫度） 設(shè)定yes表示凝固的開始溫度是根據(jù)前一充填仿真過程計(jì)算而得的溫度資料,如果是no則是使用資料庫中固定的溫度。（一般定義成YES）。 2）選擇use solver solver 1 ─ 這個(gè)處理程式可以得到較粗略但較省時(shí)的仿真結(jié)果,當(dāng)程式發(fā)生不穩(wěn)定,會(huì)自動(dòng)調(diào)整計(jì)算間距以加快計(jì)算速度。 solver 2 ─ 這個(gè)處理程式計(jì)算間距比solver 1小。 solver 3 ─ 這個(gè)處理程式計(jì)算間距比solver 2更小,但在計(jì)算精度和花費(fèi)時(shí)間可取得平衡。 solver 4 ─ 這個(gè)處理程式計(jì)算精確度最好。 3）設(shè)置停止計(jì)算依

17、據(jù)（stop simulation） 停止模擬 具體什么準(zhǔn)則？ 圖 1.2.5-12凝固設(shè)置 aut automatic 當(dāng)鑄件溫度已低于凝固溫度,MAGMA就自動(dòng)停止計(jì)算,自動(dòng)默認(rèn)。 time 指定時(shí)間作為停止準(zhǔn)則。 temperature 指定溫度值作為停止準(zhǔn)則。 stop value 接續(xù)前面停止準(zhǔn)則,輸入數(shù)值。 4） 激活補(bǔ)縮計(jì)算（calculate feeding） 5） 定義補(bǔ)縮效率（feeding effectivity） 指這個(gè)收縮比率（凝固后體積與液體體積比）,如果材料數(shù)據(jù)庫無

18、此信息,則內(nèi)定值是30%。(例：AC8A鋁合金是50%)。 6） temperature criterion 1 （標(biāo)準(zhǔn)溫度1） 根據(jù)Niyama收縮準(zhǔn)則所設(shè)定的溫度,內(nèi)定值是固相線溫度加上凝固區(qū)間(Tliquidus-Tsolidus)的10%。 7） temperature criterion 2 （標(biāo)準(zhǔn)溫度2） 這個(gè)溫度，是計(jì)算冷卻速率和冷卻梯度的準(zhǔn)則。內(nèi)定值是液態(tài)溫度加2℃(Tliquidus +2℃)。 8） Storing data 操作步驟同充型存儲(chǔ)操作。 圖 1.2.5-13 凝固存儲(chǔ)方式 7. 應(yīng)變過程設(shè)置 1） 選擇以下選項(xiàng)； 2） 打開pa

19、rameters ； 3） 在打開界面中定義； 4） 選擇YES。 1.選擇需要計(jì)算應(yīng)力的材料類型； 2.(O}c @D8t*PG b仿真分析,有限元,模擬,計(jì)算,力學(xué),航空,航天,ANSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adina,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CAE,CAD,CAM用戶自定義應(yīng)力邊界條件； 3.過程中應(yīng)力計(jì)算的選擇和應(yīng)力判據(jù)的選擇； 4.熱裂判斷； 5.機(jī)械性能計(jì)算? 圖 1.2.5-14 應(yīng)力設(shè)置 Calculate maching 是計(jì)算機(jī)械性能還是機(jī)加工？計(jì)算過程中不能進(jìn)行。后處理中沒有力學(xué)性能判

20、據(jù)。 8. 循環(huán)設(shè)置 應(yīng)用于金屬模具中。如下： 圖 1.2.5-15 循環(huán)設(shè)置 操作步驟： 1）定義循環(huán)數(shù)目（number of cycle） cycle number 循環(huán)的序號(hào)。 do filling yes表示執(zhí)行充填仿真 ； no不執(zhí)行充填仿真。 fill results yes表示儲(chǔ)存充填仿真結(jié)果 ； no不儲(chǔ)存結(jié)果。 solid results yes表示儲(chǔ)存凝固仿真結(jié)果； no不儲(chǔ)存結(jié)果。 consider casting yes鑄件頂出后,鑄件和模具的仿真都繼續(xù)； no鑄件頂出后,只有

21、模具的仿真繼續(xù)。如果只想儲(chǔ)存后面的循環(huán),也就是穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)果,設(shè)定no比較節(jié)省計(jì)算時(shí)間。 wait time 指閑置時(shí)間(如生產(chǎn)中斷)。 2）定義開模（die opening） 兩種設(shè)定方式： a：凝固溫度(鑄件) b：時(shí)間(相對(duì)于循環(huán)開始時(shí)間) 3）定義關(guān)模（die closing） 同上有兩種設(shè)定方式： a：凝固溫度(鑄件) b：時(shí)間(相對(duì)于循環(huán)開始時(shí)間) 4）定義停頓時(shí)間（lead time） 從模具打開到下個(gè)循環(huán)模具關(guān)閉的等待時(shí)間。 9. 準(zhǔn)備仿真內(nèi)容 圖 1.2.5-16 準(zhǔn)備仿真內(nèi)容 注意：進(jìn)入后處理時(shí)沒有進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換則在這里必須轉(zhuǎn)換，否

22、則不能進(jìn)行計(jì)算。 仿真模擬 1.2.6仿真計(jì)算 圖 1.2.6-1 仿真計(jì)算 參數(shù)含義： 1. star：仿真計(jì)算開始； 2. stop：仿真計(jì)算停止； stop 注意：當(dāng)按下stop時(shí)須等到視窗出現(xiàn)仿真結(jié)束才可以繼續(xù)下一步驟； 3. dump：仿真的狀態(tài)(結(jié)果)及所有的訊息都會(huì)存到一個(gè)檔案里,但仿真照常繼續(xù),若后面終止仿真狀況發(fā)生停止和錯(cuò)誤,則只要再按restart仿真又會(huì)接續(xù)計(jì)； 4. dismiss ：關(guān)閉仿真計(jì)算視窗； 5. read ：讀取仿真紀(jì)錄檔,再啟動(dòng)仿真后可看上次的結(jié)果； 6. 視窗左邊是仿真進(jìn)度(%

23、)顯示,如果在仿真中你想看某個(gè)材料的仿真進(jìn)度,從MAGMA主界面的 info（信息）選擇 percent filled會(huì)啟動(dòng)操作界面； 7. 不同顏色的溫度線含義： 紅色線(Tmax) 顯示熔融狀態(tài)的最高溫度； 綠色線(Tavg) 顯示熔融狀態(tài)的平均溫度； 藍(lán)色線(Tmin) 顯示熔融狀態(tài)的最低溫度； 淡藍(lán)色線(Tsol) 顯示熔融金屬固態(tài)線； 黃色線(Tliq) 顯示示熔融金屬液態(tài)線。 8. 計(jì)算中,可能會(huì)顯示訊息視窗：Warning和Error 區(qū)別如下： Warning：告訴操作者可能有問題會(huì)發(fā)生,但是仿真照常進(jìn)行,許多的警告訊息是輸入的參數(shù)可

24、能不對(duì)，可能導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間變長或錯(cuò)誤結(jié)果。建議使用者檢查參數(shù)幾何體、網(wǎng)格或傳熱條件,若一切無誤再繼續(xù)仿真。 Error：告訴操作者遇到仿真計(jì)算程序中無法自行克服的問題發(fā)生。錯(cuò)誤訊息會(huì)告訴使用者如何處理。 查看結(jié)果 充型 1、 耦合溫度場 耦合溫度場的計(jì)算采用的是工字型件。 t = 0.401s t=0.501s t=0.700s t=0.800s t=1.001s t=1.202s t=1.401s t=1.501s t=1. 802s t=2.001s t=2.201s t=2.501s t

25、=3.00s t=3.500 t=4.001s t=4.501s t=5.00s 2、 充型速度場 共十七圖，粘三圖 t=0.501s t=1.802s t=4.001s 3、 充型壓力場 共十七圖，選粘三圖 t=0.501s t=1.802s t=4.001s 4、 判據(jù) 1）沖蝕模具（夾渣？？？） 2）Filltime 3）空氣接觸（AirContact） 4）流動(dòng)距離（Flow len） 5）Material Age 6）Wall Contact

26、 5.、 卷氣（Air Entrapment） 6、 空氣壓力（Air Pressure） 7、 示蹤粒子 8、 澆不足、冷隔 澆不足提示： 澆不足示例： 凝固 1、 判據(jù) ①梯度 ②冷卻速度 ③LIQTOSOL（液固相比例） ④SOLTIME（固態(tài)時(shí)間？？） ⑤FEEDMOD ⑥新山判據(jù) ⑦FEEDING ⑧POROSITY（縮松） ⑨FSTI

27、ME-69（？？） ⑩熱節(jié) 2、 液相率 3、 固相率 4、 溫度 應(yīng)力 Magma給出的應(yīng)力有凝固10%、50%、90%以及100%時(shí)的應(yīng)力和位移，另外還有各個(gè)的切應(yīng)力和最大最小主應(yīng)力等。 1、 判據(jù) ①Initialyeildstress，凝固90.07%，時(shí)間1h23min28s ②熱烈傾向 2、 位移 0h51min04s ，50.30% 1h23min28s,90.07% 100% 3、 應(yīng)力 1）stress X、Y、Z 2）切應(yīng)力 3）最大、最小主應(yīng)力 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正，謝謝!）