Magma鑄造CAE模擬

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1、 Magma操作 STL導入 點擊“preprocessor”進入“MAGMApre”界面，依次導入相應的構件，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：自動劃分、標準劃分、高級、高級2。其中，自動劃分是指用戶自己制定劃分的總的網(wǎng)格數(shù)，Magma自動進行適當?shù)恼{(diào)整劃分實體，標準劃分是指鑄型等不需要很高精度的部分進行的一種比較粗略的劃分，如果需要對某一部分進行更細的劃分，那么用戶可以在“高級”中進行制定網(wǎng)格大小，甚至可以在“高級2”中對更進一步的某些部分進行更細的網(wǎng)格劃分。 自動劃分是用戶可以制定計算部分的大約網(wǎng)格數(shù)、是否生成殼、是否

2、核心劃分、是否針對解法5進行劃分。 Solver5是一種針對復雜結構鑄件的網(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 標準 高級 更高級 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模式定義標準的網(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)域細分； 依據(jù)個人需求,改變預設的參數(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）假如接受測試結果,選擇generate正式產(chǎn)生網(wǎng)格。 網(wǎng)格數(shù)量 2）劃分準則 1、Wall thichness— 網(wǎng)格劃分最小結構厚度。 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定值的地方就不會有網(wǎng)格產(chǎn)生,單位是mm 。 （2）Accuracy 、Element size ─細化網(wǎng)格； Accuracy ─控制格子大小要再分割幾等分。例如值3將更進一步分成三等份。但是也不是硬性分割,還是有一個限定值就是element size,如果細分的網(wǎng)格大小小于element size就不會再細分下去。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選擇opti

5、on選項。 Smoothing —是兩相鄰格子長度的比值, 若比值大于設定值, 較大的格子就會再被細分,內(nèi)定值是2。 Ratio —類似smoothing然而smoothing是兩個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)生后請注意右下角Mesh info所顯示的訊息,尤其是警告訊息,若是嚴重的警告,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）點擊material

6、s后，按住Ctrl點選材料，點擊Apply；則顯示幾何體； 3）選擇results— mesh quality，顯示網(wǎng)格質(zhì)量的標準。 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,這樣會有問題,因為熱及材料流動只可以從接觸面進出。 B：淡藍色Blocked cells 表示cast材料與inlet材料沒有連接起來,這可能是因為inlet沒建好。 C: 深藍色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ce

7、ll厚,否則金屬液流速過快導致充激與摩擦,得到不正確的流動仿真結果。 參數(shù)設定 選擇鑄造方法 設定材料等參數(shù) 1.2.5參數(shù)設置 一般流程：模型、過程計算選擇 — 材料設置 — 傳熱系數(shù)定義 — 特殊工藝設置 — 充型定義 — 凝固定義 — 應力定義 — 準備仿真內(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)）和應力計算，砂模有充型計算、凝固計算、應力計算。 計算充型 計算凝固 計算應力 圖1.2.5-1模型選擇 2. 材料設置 1）選擇材料類型； 2）點擊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：[+]是對整個材料組定義相同材料；[-]對個別材料定義。 圖 1.2.5-2材料設置 4）舉例：對Cast Alloy定義材料,先點選[+] Cast Alloy在點select data ,出現(xiàn)database對話框。如： 點擊進入數(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； 2） 點擊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：鼠標左鍵點選材料群組接觸對，按住shift鍵可多選材料對,然后指定HTC。 可以按鼠標中鍵跳出HTC視窗或點選select data,內(nèi)定的database

10、是MAGMA。 4. 特殊工藝設置 1） 弄清各項含義； 2） 選擇需要定義的選項； 3） 選擇該項的parameters ； 4） 在parameters 中出現(xiàn)的界面中進行設置； 5） 點擊YES。 以下是各項含義： 觸變鑄造 半固體鑄造 翻轉鑄造 鋁合金低壓鑄造？？ 壓力鑄造 傾斜鑄造 砂型滲透率 排氣孔 澆包設置 拔塞 涂料 浸漬、激冷 旋轉 輻射效應 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 設置界面如下： 澆注速率計算 泵的設置

11、 旋轉設置 圖 1.2.5-6 cosworth process設置界面 5. 充型定義 圖 1.2.5-7充型設置 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的流動，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；動能方程式及熱能方程式，采Euler equation以非黏性流體來計算，并允許熱流經(jīng)

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

13、； c.根據(jù)坐標點(x y)來定義,輸入數(shù)據(jù)時中間空一格，然后選insert或是按enter鍵來確認，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 澆注速率設置 B：多個澆口 圖 1.2.5-10兩個澆口澆注 a.選擇其中一個inlet； b.然后按parameters鍵,則pouring rate definitions視窗顯示出來； c.輸入體積流動率曲線資料如同單個澆口速率設置所述,然后按ok鍵； d.對每個inlet設定重復上面的步驟直到完成,自動回到充型設置視窗。

14、 注意： 1.multiple inlets只能使用在solver 2,3,4； 2.每個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─這個選項是入口(inlet)的壓力,表示值為表壓力=絕對壓力—大氣壓力。同樣以一群坐標點來定義壓力曲線。 數(shù)據(jù)輸入同速率數(shù)據(jù)輸入： 圖 1.2.5-11 澆注壓力設置 注意：這里不能定義負值，否則不能進行充型計算。 3) Filling direction（充型方向） 整個場的方向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 1沿著軸的正方向 -1沿著軸的負方向 充填方向為幾何中inlet的澆注方向，且只能是三軸中某一個方向，在重力鑄造內(nèi)Z軸為-1。 4) Storing data（數(shù)據(jù)存儲） (1) 選擇automatic； （2) 選擇automatic、time、percent； （3）輸入數(shù)據(jù)。輸入時數(shù)據(jù)之間要空格。 儲存的方式： automatic 每10 % 就儲存一次。 time 指定任何時間(仿真過程)來儲存資料 percent 指定任意% 來儲存資料 6. 凝固定義 1）設定 t

16、emperature from filling（凝固開始溫度） 設定yes表示凝固的開始溫度是根據(jù)前一充填仿真過程計算而得的溫度資料,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 ─ 這個處理程式可以得到較粗略但較省時的仿真結果,當程式發(fā)生不穩(wěn)定,會自動調(diào)整計算間距以加快計算速度。 solver 2 ─ 這個處理程式計算間距比solver 1小。 solver 3 ─ 這個處理程式計算間距比solver 2更小,但在計算精度和花費時間可取得平衡。 solver 4 ─ 這個處理程式計算精確度最好。 3）設置停止計算依

17、據(jù)（stop simulation） 停止模擬 具體什么準則？ 圖 1.2.5-12凝固設置 aut automatic 當鑄件溫度已低于凝固溫度,MAGMA就自動停止計算,自動默認。 time 指定時間作為停止準則。 temperature 指定溫度值作為停止準則。 stop value 接續(xù)前面停止準則,輸入數(shù)值。 4） 激活補縮計算（calculate feeding） 5） 定義補縮效率（feeding effectivity） 指這個收縮比率（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 （標準溫度1） 根據(jù)Niyama收縮準則所設定的溫度,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 （標準溫度2） 這個溫度，是計算冷卻速率和冷卻梯度的準則。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操作。 圖 1.2.5-13 凝固存儲方式 7. 應變過程設置 1） 選擇以下選項； 2） 打開pa

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

20、據(jù)。 8. 循環(huán)設置 應用于金屬模具中。如下： 圖 1.2.5-15 循環(huán)設置 操作步驟： 1）定義循環(huán)數(shù)目（number of cycle） cycle number 循環(huán)的序號。 do filling yes表示執(zhí)行充填仿真 ； no不執(zhí)行充填仿真。 fill results yes表示儲存充填仿真結果 ； no不儲存結果。 solid results yes表示儲存凝固仿真結果； no不儲存結果。 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)。如果只想儲存后面的循環(huán),也就是穩(wěn)定狀態(tài)的結果,設定no比較節(jié)省計算時間。 wait time 指閑置時間(如生產(chǎn)中斷)。 2）定義開模（die opening） 兩種設定方式： a：凝固溫度(鑄件) b：時間(相對于循環(huán)開始時間) 3）定義關模（die closing） 同上有兩種設定方式： a：凝固溫度(鑄件) b：時間(相對于循環(huán)開始時間) 4）定義停頓時間（lead time） 從模具打開到下個循環(huán)模具關閉的等待時間。 9. 準備仿真內(nèi)容 圖 1.2.5-16 準備仿真內(nèi)容 注意：進入后處理時沒有進行模型轉換則在這里必須轉換，否

22、則不能進行計算。 仿真模擬 1.2.6仿真計算 圖 1.2.6-1 仿真計算 參數(shù)含義： 1. star：仿真計算開始； 2. stop：仿真計算停止； stop 注意：當按下stop時須等到視窗出現(xiàn)仿真結束才可以繼續(xù)下一步驟； 3. dump：仿真的狀態(tài)(結果)及所有的訊息都會存到一個檔案里,但仿真照常繼續(xù),若后面終止仿真狀況發(fā)生停止和錯誤,則只要再按restart仿真又會接續(xù)計； 4. dismiss ：關閉仿真計算視窗； 5. read ：讀取仿真紀錄檔,再啟動仿真后可看上次的結果； 6. 視窗左邊是仿真進度(%

23、)顯示,如果在仿真中你想看某個材料的仿真進度,從MAGMA主界面的 info（信息）選擇 percent filled會啟動操作界面； 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； 藍色線(Tmin) 顯示熔融狀態(tài)的最低溫度； 淡藍色線(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. 計算中,可能會顯示訊息視窗：Warning和Error 區(qū)別如下： Warning：告訴操作者可能有問題會發(fā)生,但是仿真照常進行,許多的警告訊息是輸入的參數(shù)可

24、能不對，可能導致計算時間變長或錯誤結果。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算程序中無法自行克服的問題發(fā)生。錯誤訊息會告訴使用者如何處理。 查看結果 充型 1、 耦合溫度場 耦合溫度場的計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 應力 Magma給出的應力有凝固10%、50%、90%以及100%時的應力和位移，另外還有各個的切應力和最大最小主應力等。 1、 判據(jù) ①Initialyeildstress，凝固90.07%，時間1h23min28s ②熱烈傾向 2、 位移 0h51min04s ，50.30% 1h23min28s,90.07% 100% 3、 應力 1）stress X、Y、Z 2）切應力 3）最大、最小主應力 （注：可編輯下載，若有不當之處，請指正，謝謝!）