موضوع مقاله: شبیه‌سازی ریخته‌گری فلز | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # شبیه‌سازی ریخته‌گری فلز | مقدمه: این فناوری به مهندسان اجازه می‌دهد تا جریان فلز مذاب، الگوهای تبلور و عیوب احتمالی در ریخته‌گری را قبل از شروع فرآیند تولید واقعی پیش‌بینی و تجسم کنند. | ## بخش 1: شبیه‌سازی ریخته‌گری فلز | با شبیه‌سازی فرآیند ریخته‌گری، تولیدکنندگان می‌توانند طراحی قالب را بهینه کنند، مصرف مواد را کاهش دهند و کیفیت محصول نهایی را بهبود بخشند. OCLC 2688081 که در سال 1822 اعطا شد، زمینه را برای همه محاسبات بعدی هدایت گرما و انتقال حرارت در مواد جامد فراهم کرد. علاوه بر این، فیزیک‌دان و مهندس فرانسوی کلود لوئیس ناویر و ریاضی‌دان و فیزیک‌دان ایرلندی جورج گابریل استوکس پایه‌های دینامیک سیالات را ارائه کردند که منجر به توسعه معادلات ناویر-استوکس شد. آدولف فیک ، که در قرن نوزدهم در دانشگاه زوریخ کار می‌کرد، معادلات بنیادی را برای توصیف پدیده انتشار ایجاد کرد که در سال 1855 منتشر شد. اولین استفاده از کامپیوترهای دیجیتال برای حل مشکلات مربوط به ریخته‌گری توسط دکتر K. Keverian در سال 1965، شبیه‌سازی دو بعدی تبلور ریخته‌گری فولاد، با استفاده از برنامه‌ای بود که توسط جنرال الکتریک برای شبیه‌سازی انتقال حرارت ایجاد شد. در سال 1968، اوله وستبی اولین کسی بود که از روش تفاضل محدود برای برنامه‌ریزی یک مدل دو بعدی استفاده کرد که توزیع دما را در حین جوشکاری ارزیابی می‌کرد. نقاط عطف کلیدی این دوره معرفی « تابع معیار » توسط هانسن و بری در سال 1980، تابع معیار نیاما برای نمایش تخلخل‌های مرکزی در سال 1982 و پیشنهاد یک تابع معیار برای تشخیص ترک‌های داغ در ریخته‌گری‌های فولادی توسط E. دهه 1990 بر شبیه‌سازی تنش‌ها و کرنش‌ها در ریخته‌گری با مشارکت قابل توجه هاتل و هانسن در سال 1990 متمرکز شد. این دهه همچنین شاهد تلاش‌هایی برای پیش‌بینی ریزساختارها و خواص مکانیکی با کار پیشگامان I. برای مدیریت موثر این فرآیند و اطمینان از کیفیت بالای محصولات نهایی، داشتن درک عمیق از تعامل پارامترهای مختلف ریخته‌گری ضروری است. در این زمینه، مدل‌سازی ریاضی ریخته‌گری به عنوان یک ابزار علمی بسیار مهم عمل می‌کند و امکان تجزیه و تحلیل دقیق و بهینه‌سازی فرآیند ریخته‌گری بر اساس اصول ریاضی را فراهم می‌کند. مدل‌سازی ریاضی ریخته‌گری فرآیند پیچیده‌ای است که شامل فرمول‌بندی و حل معادلات ریاضی است که پدیده‌های فیزیکی مانند هدایت حرارتی، دینامیک سیالات، تبدیل‌های فاز و غیره را توصیف می‌کند. | ## بخش 2: شبیه‌سازی ریخته‌گری فلز | برای حل این معادلات از روش‌های تحلیل عددی مختلفی استفاده می‌شود که در این میان روش اجزای محدود (FEM)، روش تفاضل محدود (FDM) و روش حجم محدود (FVM) جایگاه ویژه‌ای دارند. هر یک از این روش‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند و بسته به وظایف مدل‌سازی خاص و الزامات دقت و کارایی در محاسبات اعمال می‌شوند. روش تفاضل محدود (FDM): این روش مبتنی بر معادلات دیفرانسیل انتقال گرما و جرم است که با استفاده از روابط تفاضل محدود تقریب زده می‌شود. با این حال، این روش دارای محدودیت‌هایی در مدل سازی مرزهای مناطق پیچیده است و برای ریخته گری با دیواره‌های نازک ضعیف عمل می‌کند. روش اجزای محدود و روش حجم محدود (FVM): هر دو روش بر اساس معادلات انتگرالی انتقال گرما و جرم هستند. آن‌ها تقریب خوبی از مرزها ارائه می‌دهند و امکان استفاده از عناصر با گسستگی‌های مختلف را فراهم می‌کنند. تحلیل روش‌های مختلف مدل‌سازی ریاضی فرآیندهای ریخته‌گری نشان می‌دهد که روش اجزای محدود یکی از مطمئن‌ترین و بهینه‌ترین رویکردها برای شبیه‌سازی ریخته‌گری است. کاربرد در تولید سیستم‌های مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE) برای فرآیندهای ریخته‌گری مدت‌هاست که توسط کارخانه‌های ریخته‌گری در سراسر جهان به‌عنوان « کارگاه ریخته‌گری مجازی» استفاده می‌شود، جایی که امکان اجرا و تأیید هر ایده‌ای که در ذهن طراحان و فن‌آوران ایجاد می‌شود، وجود دارد. بازار جهانی CAE برای فرآیندهای ریخته‌گری را می‌توان از قبل ایجاد شده در نظر گرفت. در ساختار شرکت برای توسعه فناوری ریخته‌گری جدید، یک بخش طراحی به کمک رایانه برای فرآیندهای ریخته‌گری ایجاد می‌شود که مسئول عملیات سیستم‌های CAE برای فرآیندهای ریخته‌گری است. محاسبات توسط متخصصان بخش طبق دستورالعمل‌های شغلی آن‌ها انجام می‌شود و تعامل با سایر بخش‌ها توسط دستورالعمل‌های طراحی فناوری تنظیم می‌شود. این فرآیند با تحویل مدل سه بعدی و ترسیم قطعه به تکنسین‌های ریخته‌گری آغاز می‌شود که پیکربندی ریخته‌گری را با کارگاه مکانیکی هماهنگ کرده و حاشیه ها را تعیین می‌کنند. سپس، این فناوری در بخش CAE توسعه یافته و به کارگاه ریخته‌گری برای ریخته‌گری‌های آزمایشی منتقل می‌شود. | ## بخش 3: شبیه‌سازی ریخته‌گری فلز | نتایج بررسی شده و در صورت نیاز، ریخته‌گری‌ها در آزمایشگاه مرکزی کارخانه بررسی می‌شود. در صورت تشخیص عیوب، تنظیمات پارامترهای مدل و فرآیند تکنولوژیک در بخش CAE انجام شده و پس از آن فناوری دوباره در کارگاه آزمایش می‌شود. ProCAST: یک سیستم مدل‌سازی فرآیند ریخته‌گری با استفاده از روش اجزای محدود، که حل مشترک مسائل دما، هیدرودینامیک و تغییر شکل را همراه با قابلیت‌های متالورژیکی منحصربه‌فرد برای تمام فرآیندهای ریخته‌گری و آلیاژهای ریخته‌گری فراهم می‌کند. علاوه بر جنبه‌های اصلی تولید ریخته‌گری - پر کردن، کریستالیزاسیون و پیش‌بینی تخلخل، ProCAST قادر به پیش‌بینی وقوع تغییر شکل‌ها و تنش‌های پسماند در ریخته‌گری است و می‌تواند برای تجزیه و تحلیل فرآیندهایی مانند هسته‌سازی ، ریخته‌گری گریز از مرکز ، موم از دست رفته و ریخته گری پیوسته استفاده شود. تا به امروز، این مدل را می توان پایدارترین مدل در نظر گرفت و نتایج به دست آمده با کمک آن می‌تواند پر توقع‌ترین کاربران را راضی کند. امکان تجزیه و تحلیل فرآیندهای حرارتی، پر کردن قالب، کریستالیزاسیون و پیش‌بینی عیوب در ریخته‌گری را فراهم می‌کند. این برنامه شامل ماژول‌هایی برای فناوری‌های مختلف ریخته‌گری است و به بهینه‌سازی پارامترهای ریخته‌گری برای بهبود کیفیت محصول کمک می‌کند. روند آینده شبیه‌سازی فرآیند ریخته‌گری، دانش کاربر را منعکس می‌کند، که تصمیم می‌گیرد آیا سیستم پر کردن به نتیجه قابل قبولی منجر شده است یا خیر. مشکل اصلی این است که همه فرآیندها به طور همزمان رخ می‌دهند و به هم مرتبط هستند: تغییرات در یک پارامتر بر بسیاری از ویژگی‌های کیفی ریخته‌گری تأثیر می‌گذارد. بهینه‌سازی مستقل، که در اواخر دهه 1980 آغاز شد، از ابزار شبیه‌سازی به‌عنوان یک زمین آزمایش مجازی استفاده می‌کند و شرایط پر کردن و پارامترهای فرآیند را برای یافتن راه‌حل بهینه تغییر می‌دهد. این امکان ارزیابی پارامترهای فرآیند متعدد و تأثیر آن‌ها بر پایداری فرآیند را فراهم می‌کند. مهم است که به یاد داشته باشید که فقط آنچه می توان مدل سازی کرد می‌تواند بهینه شود. | ## جمع‌بندی | کاربر شبیه‌سازی باید اهداف و معیارهای کیفی لازم برای دستیابی به آن اهداف را بشناسد و برای به دست آوردن راه حل‌های کمی، سؤالات خاصی را برای برنامه تنظیم کند.