Krzepnięcie

Charakterystyka modułu obliczeniowego

Moduł rozwiązuje zadania metodą elementów skończonych oparte o równanie niestacjonarnego przepływu ciepła uzupełnionego o człon źródła ciepła (ciepła krzepnięcia).

Dostępne elementy skończne:
  • trójkąty z aproksymacją liniową
Dostępne schematy całkowania po czasie
  • wsteczny schemat Eulera - dla pierwszego kroku obliczeń
  • trój-poziomowy schemat Dupont II - dla pozostałych kroków
Dostępne sformułowania krzepnięcia:
  • jawne sformułowanie pojemnościowe
  • podstawowe sformułowanie entalpowe
Dostępne modele krzepnięcia dwuskładnikowych stopów metali (narastania fazy stałej):
  • równowagowe
  • nierównowagowe
  • pośrednie
Dostępna aproksymacja entalpi w przedziale krzepnięcia:
  • liniowa
  • pełna
  • pośrednia
Dostępne warunki brzegowe:
  • pierwszego rodzaju (Dirichleta) - stała temperatura na brzegu,
  • drugiego rodzaju (Neumana) - stały strumień na brzegu,
  • trzeciego rodzaju (Newtona) - wymiana ciepła z otoczeniem,
  • warunek czwartego rodzaju (ciągłości) - wymiana ciepła z innym obszarem poprzez warstwę rozdzielającą.
Dostępne typy obszarów:
  1. Forma - stosowaniy jako obszary formy i rdzeni odlewniczych. Wymagane własności materiałowe:
    • gęstość [kg/m3]
    • ciepło właściwe [J/(kg*K)]
    • współczynnik przewodności cieplnej [W/(m*K)]
  2. Odlew - stosowany jak obszary odlewu. Wymagane własności materiałowe:
    • gęstość fazy stałej [kg/m3]
    • gęstość fazy ciekłej [kg/m3]
    • ciepło właściwe fazy stałej [J/(kg*K)]
    • ciepło właściwe fazy ciekłej [J/(kg*K)]
    • współczynnik przewodności cieplnej fazy stałej [W/(m*K)]
    • współczynnik przewodności cieplnej fazy ciekłej [W/(m*K)]
    • temperatura solidus [K]
    • temperatura likwidus [K]
    • temperatura krzepnięcia czystego składnika [K]
    • temperatura eutektyczna [K]
    • ciepło krzepnięcia [J/kg]
    • współczynnik rozdziału domieszki [ ]
    • zależność wielkości ziarna [m] od prędkości krzepnięcia [K/s]
    • współczynnik Brody-Flemingsa [m2]
  3. Cienki odlew - stosowany jak obszary odlewu o niedużej grubości. Uwzglęnia odproawadzanie ciepła w kierunku normalnym do płaszczyzny przekroju. Wymagane własności materiałowe jak dla obszaru Odlew oraz dodatkowo:
    • grubość odlewu [m]
    • współczynnik wymiany ciepła ze ścianą wlewnicy [W/(m2*K)]
Warunki początkowe:
  • wymagane jest podanie temperatur początkowych obszarów
Otrzymywane wyniki
  • pola temperatury
  • pola kinetyki krzepnięcia (udział fazy stałej)
  • pole prędkości krzepnięcia
  • pole wymiaru charakterystycznego ziarna
  • pole temperatur końca krzepnięcia
  • rozkład poprawki Clyne-Kurz'a
  • rozkład udziału fazy stałej dla temperatury eutektycznej (dla węzłów nie krzepnących w stałej temperaturze > 1)
  • rozkład liczby "wejść" w przedział eutektyczny
Rozwiązywanie układu równań:
  • metoda iteracyjną - podwójnie sprzężonych gradientów (BiCG) z wykorzystaniem diagonalnego poprawienia uwarunkowania wstępnego
Dodatkowe parametry procesu:
  • krok czasu dla obliczeń
  • liczba kroków czasu
  • zapis wyników z zadanym interwałem
  • dokładność rozwiązywania układu równań
  • graniczna liczba iteracji rozwiązywania układu równań
  • zmiana warunków brzegowych w trakcie obliczeń (przydatne przy symulowaniu np.: demontażu części wlewnicy lub przy "wybiciu" odlewu z formy)

Spis treści


Grzegorz Szwarc
Data ostatniej modyfikacji: 2002-12-13