第1章 绪论 1
1.1 凝固的重要性 1
1.2 数值计算方法与计算格式 2
1.3 材料凝固数值模拟系统 4
1.4 材料凝固模拟研究的发展现状及趋势 5
1.4.1 计算机凝固模拟技术的发展现状 6
1.4.2 铸件凝固过程模拟发展趋势 7
1.4.3 铸造充型凝固过程数值模拟研究进展 8
1.4.4 温度场数值模拟及收缩缺陷预测 10
1.4.5 微观组织模拟 11
1.5 凝固模拟计算机应用的现状 13
1.5.1 计算机凝固模拟应用的现状 13
1.5.2 计算机凝固模拟取得的成就 13
1.5.3 凝固模拟软件未能快速普及的原因 13
1.6 凝固模拟的进一步研究和发展 15
参考文献 18
第2章 凝固模拟前后处理技术 20
2.1 网格剖分 20
2.1.1 基于STL的网格剖分原理 21
2.1.2 射线穿透法与切片法的比较 26
2.1.3 均匀网格剖分程序开发 26
2.1.4 有限差分非均匀网格剖分 27
2.1.5 非均匀网格剖分的其他方法 34
2.1.6 非均匀网格剖分与均匀网格剖分的比较 37
2.1.7 特殊情况的处理 37
2.2 网格和计算结果文件显示 39
2.2.1 OpenGL概述 39
2.2.2 STL模型的变换与显示 44
2.2.3 STL对接 45
2.2.4 凝固进程动态显示 48
2.2.5 后处理显示问题 49
参考文献 53
第3章 铸造工艺CAE的计算机模拟 54
3.1 铸件充型过程模拟 54
3.1.1 充型过程数值模拟的数学模型 55
3.1.2 紊流模型 57
3.1.3 金属液充型过程数值模拟方法 64
3.2 SOLA-VOF法模拟充型过程 67
3.2.1 数学模型 67
3.2.2 计算模型的离散化 67
3.2.3 速度场和压力场的计算 76
3.2.4 其他问题的处理 88
3.3 流场模拟实验验证 93
3.3.1 模拟软件验证 93
3.3.2 标准实验的模拟（水力模拟实验） 97
3.4 充型过程流场算法的改进 106
3.4.1 针对界面模糊现象的改进 106
3.4.2 流体碰壁时体积函数的分配 109
3.4.3 提高计算效率的方法 109
3.4.4 模拟实际铸件的充型过程 113
3.5 铸件凝固过程中的缺陷预测 118
3.5.1 铸件凝固传热数值模型 118
3.5.2 潜热处理 121
3.5.3 重力铸造下缩孔缩松的预测 126
3.5.4 低压铸造下缩孔缩松的预测 130
3.5.5 上曲轴箱体铸件温度场计算及缩孔缩松模拟 134
3.6 铸件凝固过程数值模拟实例 139
3.6.1 支座铸件温度场计算及缩孔缩松模拟 139
3.6.2 端盖的模拟计算分析 142
参考文献 145
第4章 铸造工艺CAD 146
4.1 铸造工艺CAD的内涵 147
4.2 冒口CAD系统 148
4.2.1 冒口的设计原则 149
4.2.2 设计冒口的几种常用方法 150
4.2.3 冒口设计分析 156
4.2.4 冒口CAD系统的开发 159
4.3 浇注系统CAD系统 160
4.3.1 浇注系统设计的基本原则 161
4.3.2 浇注系统各类型及其特点 161
4.3.3 阻流截面的计算 163
4.3.4 确定浇注系统各组元尺寸 166
4.3.5 铸铝浇注系统设计 167
4.4 铸造工艺CAD设计实例 174
4.4.1 冒口设计 174
4.4.2 浇注系统的设计 175
4.4.3 设计验证 176
参考文献 178
第5章 凝固过程微观组织模拟 179
5.1 微观组织形成的理论基础 179
5.1.1 形核 180
5.1.2 生长 191
5.2 微观组织的数值模拟方法 201
5.2.1 决定论方法 202
5.2.2 随机论方法 202
5.2.3 相场法 204
5.3 相场模型 205
5.3.1 自由能函数法 205
5.3.2 熵函数法 210
5.3.3 单相二元合金相场模型 212
5.3.4 相场模型参数的取值 215
5.3.5 相场模型的初始条件和边界条件 216
5.4 相场模型中的各向异性 216
5.4.1 界面各向异性对平衡形状的影响 217
5.4.2 引入各向异性的相场模型 227
5.4.3 相场方程中各向异性项的离散 228
5.4.4 各向异性对枝晶形貌的影响 233
5.5 相场模型中的噪声 237
5.5.1 扰动的概率分布 238
5.5.2 噪声的引入方法 240
5.5.3 噪声对枝晶形貌的影响 241
5.6 凝固过程中柱状晶与等轴晶的转变 245
5.6.1 形核模型 245
5.6.2 生长模型 246
5.6.3 网格剖分和微观单元温度的确定 247
5.6.4 边界条件和初始条件 249
5.6.5 程序的编制 249
参考文献 255