【摘 要】
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计算机技术是传统铸造行业实现现代化生产的必备条件，有限元技术在铸造业的大力发展，可以优化加工工艺、预测铸造成型过程产品缺陷，改进铸件质量，其中温度场模拟作为基础内容的研
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计算机技术是传统铸造行业实现现代化生产的必备条件，有限元技术在铸造业的大力发展，可以优化加工工艺、预测铸造成型过程产品缺陷，改进铸件质量，其中温度场模拟作为基础内容的研究具有重要的指导作用。本文首先对凝固过程数值模拟研究现状进行了概述，并对后期的发展趋势进行了展望。运用传热学基本理论和有限元推导方法，建立了三维瞬态温度场数学模型；使用Galerkin加权余量法推导了温度场的变分方程，采用有限元和有限差分相结合的方法离散导热微分方程的空间和时间变量，得到了温度场计算的代数方程。对铸件凝固过程温度场有限元关键技术进行讨论，讨论有限元网格剖分的基本原则、本文计算程序的单元模型、整体坐标系下积分计算中的单元矩阵变换和数值积分变换规律、铸件/铸型内部接触边界处理方法、给出了前处理文件读写和计算程序的整体思路及算法流程图。作为三维瞬态温度场数值模拟的应用，对一个钢球和一个实际复杂结构件的温度场进行了模拟计算，分别对比了解析解和ANSYS的模拟结果，两个算例模拟结果均吻合，验证了程序算法的正确性以及模拟结果的可靠性。作为铸件凝固过程温度场数值模拟的应用，分别采用不共节点和共节点的内部接触边界处理方法，计算了一个工字型铸件和实际复杂轮毂铸件凝固过程温度场。通过使用本文计算程序和HZCAE对工字型铸件温度场的模拟计算结果进行对比分析，验证了程序算法的正确性，并分析了两者的误差来源，给出了三维铸件温度场分布和随时间的变化规律。最后，总结本文已经完成的工作，并对温度场有限元数值模拟技术在铸件凝固过程中的进一步的完善进行展望。
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