Magma铸造CAE模拟

Magma操作STL导入点击“preprocessor”进入“MAGMApre”界面，依次导入相应的构件，保存。Mesh划分网格如上图所示，Magma共提供以上四种划分网格方法：自动划分、标准划分、高级、高级2。其中，自动划分是指用户自己制定划分的总的网格数，Magma自动进行适当的调整划分实体，标准划分是指铸型等不需要很高精度的部分进行的一种比较粗略的划分，如果需要对某一部分进行更细的划分，那么用户可以在“高级”中进行制定网格大小，甚至可以在“高级2”中对更进一步的某些部分进行更细的网格划分。自动划分是用户可以制定计算部分的大约网格数、是否生成壳、是否核心划分、是否针对解法5进行划分。Solver5是一种针对复杂结构铸件的网格划分方法。1.2.4 网格划分1.根据网格总量划分1）打开选择功能表enmeshment,则mesh generation的视窗就出现；2）选择automatic ,输入网格总数量；3）选择generate 划分。按照网格总数划分标准 高级 更高级2.根据单元网格三维尺寸划分按网格三维尺寸划分1）操作步骤：（1）选择功能表enmeshment,则mesh generation的视窗即出现；（2）选择standard模式定义标准的网格化参数(如图 1.2.4-2)；（3）若standard模式不符划分需求,选择advanced和advanced2模式 ,来局部区域细分；依据个人需求,改变预设的参数,参数说明后面3）中叙述。（4）选择calculate,测试产生网格数；（5）假如接受测试结果,选择generate正式产生网格。网格数量2）划分准则1、Wall thichness 网格划分最小结构厚度。2、Accuracy 精度3、Element size网格大小 4、Option。其中Wall thichness和Element size一般设成一样大小。3）参数说明（1）wall thickness(壁厚) 粗分网格；几何中只要有壁厚小于设定值的地方就不会有网格产生,单位是mm 。（2）Accuracy 、Element size 细化网格；Accuracy 控制格子大小要再分割几等分。例如值3将更进一步分成三等份。但是也不是硬性分割,还是有一个限定值就是element size,如果细分的网格大小小于element size就不会再细分下去。element size定义网格的三维值,它的优先度高于accuracy,单位是mm。（3） 在参数accuracy和element size使用后仍不满意效果时选择option选项。Smoothing 是两相邻格子长度的比值, 若比值大于设定值, 较大的格子就会再被细分,内定值是2。Ratio 类似smoothing然而smoothing是两个相邻格子长度的比值,而ratio是单一格子长宽比,以避免不平衡的外观比率。注意：网格产生后请注意右下角Mesh info所显示的讯息,尤其是警告讯息,若是严重的警告,必须解决(模型、网格参数),重新划分网格才能继续仿真的工作。3. 查看网格质量1）选择主划面post processoron geometry ；如下：图 1.2.4-4 后处理工作界面2）点击materials后，按住Ctrl点选材料，点击Apply；则显示几何体；3）选择results mesh quality，显示网格质量的标准。MAGMA使用不同颜色表示一些有问题的网格,主要有三类：A：黄色Connecting over edge only表示cast材料与其他材料只有边接触,这样会有问题,因为热及材料流动只可以从接触面进出。B：淡蓝色Blocked cells表示cast材料与inlet材料没有连接起来,这可能是因为inlet没建好。C: 深蓝色Thin wall cells表示几何材料的壁厚为一层cells(网格), 正常几何边与边接触面积至少要3个cell厚,否则金属液流速过快导致充激与摩擦,得到不正确的流动仿真结果。参数设定选择铸造方法设定材料等参数1.2.5参数设置一般流程：模型、过程计算选择 材料设置 传热系数定义 特殊工艺设置 充型定义 凝固定义 应力定义 准备仿真内容。具体操作如下：模型与场的选择金属模(permanent)和砂模(sand mold)。金属模只有批次执行（循环）和应力计算，砂模有充型计算、凝固计算、应力计算。计算充型计算凝固计算应力图1.2.5-1模型选择2. 材料设置1）选择材料类型；2）点击select data；3）选择具体材料。+材料丛集(material class)是可展开和收合的(expand、hide)；-材料群组(material group) 是不可展开和收合的。若要定义材料：+是对整个材料组定义相同材料；-对个别材料定义。图 1.2.5-2材料设置4）举例：对Cast Alloy定义材料,先点选+ Cast Alloy在点select data ,出现database对话框。如：点击进入数据库MAGMA、GLOBAL、USER、Project图 1.2.5-3 材料选择Cast Alloy材料定义完ok后,下列材料参数自动显示在视窗内：Liquidus temperature (液态温度)Solidus tempeature (固态温度)Initial temperature (初始温度)根据需要，点下面parameter按钮，改变初始温度。3. 传热系数定义 1） 选择材料组接触对；2） 点击select data；3） 选择具体传热系数。图 1.2.5-4传热系数定义方法：鼠标左键点选材料群组接触对，按住shift键可多选材料对,然后指定HTC。可以按鼠标中键跳出HTC视窗或点选select data,内定的database是MAGMA。4. 特殊工艺设置1） 弄清各项含义；2） 选择需要定义的选项；3） 选择该项的parameters ；4） 在parameters 中出现的界面中进行设置；5） 点击YES。以下是各项含义：触变铸造半固体铸造翻转铸造铝合金低压铸造？压力铸造倾斜铸造砂型渗透率排气孔浇包设置拔塞涂料浸渍、激冷旋转辐射效应开箱？淬火具体什么工艺具体什么铸造方法图 1.2.5-5铸造方法、工艺cosworth process 设置界面如下：浇注速率计算泵的设置旋转设置图 1.2.5-6 cosworth process设置界面5. 充型定义图 1.2.5-7充型设置1）use solver（求解器） 选择： solver 1 采用的热能方程式不允许热通过自由表面，所以不适合有喷射效应的流动，比较适合简单的底注方式。注意：如果用solver 1则有一些功能不能用，例如dump（倾斜）； multiple inlet （并联浇口) ；venting（排气）；tilt（倾斜）等功能。solver 2 连续方程式；动能方程式及热能方程式，采Euler equation以非黏性流体来计算，并允许热流经自由表面，也允许高雷诺数的流动。solver 3 类似solver 2但动能方程式采用Navier-Stokes equation以黏性流体来计算。solver 4 类似solver 3，主要的差异在于计算的时间和步骤不同。注意：建议对系统的仿真采用Solver 3 或Solver 4；准确性高。2）充型依据：时间、速率、压力。2.： （1）充型速率为依据A：一个浇口a.在filling depends点选pouring rate选项；b.跳出 pouring rate definition的视窗出来，见图1.2.5-9；c.根据坐标点(x y)来定义,输入数据时中间空一格，然后选insert或是按enter键来确认，左边的pouring rate曲线则显示出来。如图 1.2.5-9图 1.2.5-8浇注速率为充型依据图 1.2.5-9 浇注速率设置B：多个浇口图 1.2.5-10两个浇口浇注 a.选择其中一个inlet；b.然后按parameters键,则pouring rate definitions视窗显示出来；c.输入体积流动率曲线资料如同单个浇口速率设置所述,然后按ok键；d.对每个inlet设定重复上面的步骤直到完成,自动回到充型设置视窗。注意：1.multiple inlets只能使用在solver 2,3,4；2.每个inlet的流入方向必须是相同的(例：重力铸造是-Z方向)；3.所有inlet的充型条件必须都定义pouring rate方式。(2) 压力为依据pressure这个选项是入口(inlet)的压力,表示值为表压力=绝对压力大气压力。同样以一群坐标点来定义压力曲线。数据输入同速率数据输入：图 1.2.5-11 浇注压力设置注意：这里不能定义负值，否则不能进行充型计算。3) Filling direction（充型方向）整个场的方向x,y,z都不能去改变,并代表着某些意义：0代表该方向上没有流动1沿着轴的正方向-1沿着轴的负方向充填方向为几何中inlet的浇注方向，且只能是三轴中某一个方向，在重力铸造内Z轴为-1。4) Storing data（数据存储）(1) 选择automatic；（2) 选择automatic、time、percent；（3）输入数据。输入时数据之间要空格。 储存的方式：automatic 每10 % 就储存一次。time 指定任何时间(仿真过程)来储存资料percent 指定任意% 来储存资料6. 凝固定义 1）设定 temperature from filling（凝固开始温度）设定yes表示凝固的开始温度是根据前一充填仿真过程计算而得的温度资料,如果是no则是使用资料库中固定的温度。（一般定义成YES）。2）选择use solversolver 1 这个处理程式可以得到较粗略但较省时的仿真结果,当程式发生不稳定,会自动调整计算间距以加快计算速度。solver 2 这个处理程式计算间距比solver 1小。solver 3 这个处理程式计算间距比solver 2更小,但在计算精度和花费时间可取得平衡。solver 4 这个处理程式计算精确度最好。3）设置停止计算依据（stop simulation）停止模拟具体什么准则？图 1.2.5-12凝固设置aut automatic 当铸件温度已低于凝固温度,MAGMA就自动停止计算,自动默认。time 指定时间作为停止准则。temperature 指定温度值作为停止准则。stop value 接续前面停止准则,输入数值。4） 激活补缩计算（calculate feeding）5） 定义补缩效率（feeding effectivity）指这个收缩比率（凝固后体积与液体体积比）,如果材料数据库无此信息,则内定值是30%。(例：AC8A铝合金是50%)。6） temperature criterion 1 （标准温度1）根据Niyama收缩准则所设定的温度,内定值是固相线温度加上凝固区间(Tliquidus-Tsolidus)的10%。7） temperature criterion 2 （标准温度2）这个温度，是计算冷却速率和冷却梯度的准则。内定值是液态温度加2(Tliquidus +2)。8） Storing data操作步骤同充型存储操作。图 1.2.5-13 凝固存储方式7. 应变过程设置1） 选择以下选项；2） 打开parameters ；3） 在打开界面中定义；4） 选择YES。1.选择需要计算应力的材料类型；2.(Oc D8t*PGb仿真分析,有限元,模拟,计算,力学,航空,航天,ANSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adina,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CAE,CAD,CAM用户自定义应力边界条件；3.过程中应力计算的选择和应力判据的选择；4.热裂判断；5.机械性能计算?图 1.2.5-14 应力设置Calculate maching 是计算机械性能还是机加工？计算过程中不能进行。后处理中没有力学性能判据。8. 循环设置 应用于金属模具中。如下：图 1.2.5-15 循环设置操作步骤：1）定义循环数目（number of cycle）cycle number 循环的序号。do filling yes表示执行充填仿真 ； no不执行充填仿真。fill results yes表示储存充填仿真结果 ； no不储存结果。solid results yes表示储存凝固仿真结果； no不储存结果。consider casting yes铸件顶出后,铸件和模具的仿真都继续； no铸件顶出后,只有模具的仿真继续。如果只想储存后面的循环,也就是稳定状态的结果,设定no比较节省计算时间。wait time 指闲置时间(如生产中断)。2）定义开模（die opening）两种设定方式：a：凝固温度(铸件)b：时间(相对于循环开始时间)3）定义关模（die closing） 同上有两种设定方式：a：凝固温度(铸件)b：时间(相对于循环开始时间)4）定义停顿时间（lead time） 从模具打开到下个循环模具关闭的等待时间。9. 准备仿真内容图 1.2.5-16 准备仿真内容注意：进入后处理时没有进行模型转换则在这里必须转换，否则不能进行计算。仿真模拟1.2.6仿真计算图 1.2.6-1 仿真计算参数含义：1. star：仿真计算开始；2. stop：仿真计算停止；stop 注意：当按下stop时须等到视窗出现仿真结束才可以继续下一步骤；3. dump：仿真的状态(结果)及所有的讯息都会存到一个档案里,但仿真照常继续,若后面终止仿真状况发生停止和错误,则只要再按restart仿真又会接续计；4. dismiss ：关闭仿真计算视窗；5. read ：读取仿真纪录档,再启动仿真后可看上次的结果；6. 视窗左边是仿真进度(%)显示,如果在仿真中你想看某个材料的仿真进度,从MAGMA主界面的 info（信息）选择 percent filled会启动操作界面；7. 不同颜色的温度线含义：红色线(Tmax) 显示熔融状态的最高温度；绿色线(Tavg) 显示熔融状态的平均温度；蓝色线(Tmin) 显示熔融状态的最低温度；淡蓝色线(Tsol) 显示熔融金属固态线；黄色线(Tliq) 显示示熔融金属液态线。8. 计算中,可能会显示讯息视窗：Warning和Error 区别如下：Warning：告诉操作者可能有问题会发生,但是仿真照常进行,许多的警告讯息是输入的参数可能不对，可能导致计算时间变长或错误结果。建议使用者检查参数几何体、网格或传热条件,若一切无误再继续仿真。Error：告诉操作者遇到仿真计算程序中无法自行克服的问题发生。错误讯息会告诉使用者如何处理。查看结果充型1、 耦合温度场耦合温度场的计算采用的是工字型件。t = 0.401s t=0.501st=0.700st=0.800st=1.001st=1.202st=1.401s t=1.501st=1. 802s t=2.001st=2.201st=2.501st=3.00st=3.500t=4.001st=4.501st=5.00s2、 充型速度场共十七图，粘三图t=0.501st=1.802st=4.001s3、 充型压力场共十七图，选粘三图t=0.501st=1.802st=4.001s4、 判据1）冲蚀模具（夹渣？）2）Filltime3）空气接触（AirContact）4）流动距离（Flow len）5）Material Age6）Wall Contact5.、 卷气（Air Entrapment）6、 空气压力（Air Pressure）7、 示踪粒子8、 浇不足、冷隔浇不足提示：浇不足示例：凝固 1、 判据梯度冷却速度LIQTOSOL（液固相比例）SOLTIME（固态时间？）FEEDMOD新山判据FEEDINGPOROSITY（缩松）FSTIME-69（？）热节 2、 液相率 3、 固相率 4、 温度应力Magma给出的应力有凝固10%、50%、90%以及100%时的应力和位移，另外还有各个的切应力和最大最小主应力等。1、 判据Initialyeildstress，凝固90.07%，时间1h23min28s热烈倾向2、 位移0h51min04s ，50.30%1h23min28s,90.07%100%3、 应力1）stress X、Y、Z2）切应力3）最大、最小主应力 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）