压铸充型过程数值模拟的并行计算技术研究

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压力铸造作为一种终形或近终形的成形方法,具有尺寸精度高、生产效率高、经济指标优良等特点,在汽车工业、电子通讯、仪器仪表、家用电器等行业获得了广泛应用和迅速发展。以计算机应用为基础的压铸充型过程数值模拟技术正在压铸工艺设计中起到日益重要的作用。 作者采用机群技术构建了并行计算系统,该平台共有16个节点,通过网卡与高速交换机相连。软件环境以MandrakeLinux8.2为操作系统,应用MPICH-1.1.2作为通讯工具。 作者以原有的压铸流场模拟串行程序为基础,利用并行计算技术,以提高计算效率,扩大求解规模为目标,进行了适合于压铸充型过程模拟计算的并行算法研究。 作者分析了传统的SOLA-VOF法迭代过程,以效率参数的优化为基础,设计并完成了并行搜索算法,开发相应的计算程序。该算法对于压铸充型过程的模拟计算具有加速作用,但不同的零件加速效果不同。 作者基于Schwarz混乱松弛法(SchwarzChaoticRelaxation,S-CR),研究并设计了异步并行分区算法,能够求解压铸充型的大规模计算问题。该算法利用并行多节点分布存储的性质,采用区域分解的思想将在全域上的计算问题划分为在多个子域内求解,算法具有很好的异步并行性。针对算法处理能力、计算效率、求解精度所做测试表明,应用该并行分区算法能够有效求解大规模的压铸充型模拟问题;而选择适当数目的处理机参与计算会收到加速的效果;由于整个计算相当于在一台处理能力很强的“单机”系统上运行,因此计算结果与原有的串行算法精度相同。 此外,作者还进行了慢压射过程中压室内流动形态的模拟研究。引入了移动边界条件,模拟计算了慢压射过程中压室内的流场。在上述工作的基础上,作者研究了慢压射过程中不同工艺参数对压室内流动形态的影响,为合理优化工艺参数提供有力的依据。 应用所开发的并行搜索算法和并行分区算法,作者在采用机群技术建立的并行环境下,对实际压铸零件的充型过程进行了模拟分析,检验了算法可靠性。部分零件模拟结果与实际生产结果进行了对比验证,对比结果显示,模拟结果与实际压铸件情况吻合较好,为改进工艺、减少缺陷提供了理论指导。
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