我國鑄造模擬仿真研究早在20世紀(jì)80年代就開始了。經(jīng)過三十多年的努力，已經(jīng)建立了完善的鑄造過程模擬仿真研究體系，包括各種鑄造方法，如砂型鑄造、消失模鑄造、精心鑄造、壓鑄、低壓鑄造、離心鑄造等；各種合金，如鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、鎂合金、鎳基高溫合金等。開發(fā)的模擬分析軟件包括傳熱分析、充型流動、應(yīng)力變形、組織模擬等，也在逐漸將充型凝固過程的模擬擴展到整個鑄件生產(chǎn)過程，如鑄件凝固后冷卻、落砂清理、后續(xù)熱處理等，初步實現(xiàn)了全過程的模擬仿真。一些商品化軟件已在實際生產(chǎn)中發(fā)揮了越來越重要的作用，如清華大學(xué)的鑄造之星、華中科技大學(xué)的華鑄CAE等。自主軟件適應(yīng)國內(nèi)鑄造企業(yè)和鑄造工藝的情況，定價低，在中小企業(yè)中的地位比較穩(wěn)固。
近幾年來，我國鑄造模擬仿真技術(shù)在輕金屬材料鑄造成形方面的研究和發(fā)展勢頭強勁。面向汽車、軍工等行業(yè)對高性能輕金屬結(jié)構(gòu)件鑄造成形技術(shù)的需求，主動開展鋁、鎂合金鑄造及凝固過程宏/微觀建模與仿真研究。我國也主動開展了鑄造模擬仿真技術(shù)在航空發(fā)動機葉片制造中的應(yīng)用，并且已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用效果和經(jīng)濟效益，研究水平與國際尚有一定差距，但有自己的特色。鑄造模擬仿真技術(shù)在我國大型鑄錠及鑄件相關(guān)研究中的應(yīng)用仍處于初步階段，與國外先進水平仍存在較大差距。目前大多數(shù)研究只是針對大型鑄錠及鑄件生產(chǎn)過程中的某一環(huán)節(jié)，如針對大型鑄錠/鑄件凝固過程縮孔縮松等缺陷的形成，針對大型鑄錠/鑄件熱處理微觀組織的演變等。
國外鑄造模擬仿真的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
國外鑄造模擬仿真研究早于國內(nèi)，早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始對鑄造充型，凝固過程進行數(shù)值模擬。幾十年的發(fā)展使鑄造過程模擬仿真無論在科研領(lǐng)域，還是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都全方面領(lǐng)頭國內(nèi)。如今鑄造的充型過程與凝固過程方法已逐漸趨于完善。鑄造熱應(yīng)力場數(shù)值模擬技術(shù)由于多種原因，其研究進展相對緩慢，主要是沒有可靠的理論和方法來準(zhǔn)確描述應(yīng)力和應(yīng)變形成過程。國外鑄造組織模擬始于20世紀(jì)60年代，但受制于計算機科學(xué)的限制以及數(shù)值模擬計算模型等方面，直到90年代中后期才有了一個飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出來了許多微觀組織模擬方法。從目前情況來看，國外鑄造數(shù)值模擬技術(shù)在理論上正趨向成熟，已出現(xiàn)了許多商品化的鑄造數(shù)值模擬軟件，如ProCAST、MAGMA、AnyCasting、NovaCast、JSCast、FLOW-3D等，并已在多種鑄造方法中廣泛應(yīng)用，在規(guī)模以上企業(yè)中得到了普及。
鑄件充型凝固過程計算機模擬仿真的基礎(chǔ)研究點正在由宏觀模擬走向微觀模擬。微觀模擬的尺度包括納米級、微米級及毫米級，涉及結(jié)晶生核長大、樹枝晶與柱狀晶轉(zhuǎn)變到金屬基體控制等各個方面。另外，質(zhì)量控制模擬正在向微觀組織模擬、性能及使用壽命預(yù)測的方向發(fā)展。國外很多學(xué)者也在研究多尺度、全過程的模擬，探索如何實現(xiàn)宏、介、微觀之間模型的耦合計算問題。
國內(nèi)外數(shù)值模擬的的差距
（1）國內(nèi)在某個單獨方向有很好的研究成果，但整個過程的系統(tǒng)化研究則很少涉及。
（2）國外在宏觀的液態(tài)金屬充型過程實驗表征和微觀的金屬凝固過程觀察方面做了大量研究，國內(nèi)這方面的研究工作較為薄弱。
（3）智能化鑄造工藝設(shè)計技術(shù)在國外已經(jīng)開始出現(xiàn)，而國內(nèi)限于少數(shù)高校或研究所。
（4）國內(nèi)對于搭建鑄造材料熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)研究工作較少，相關(guān)配套基礎(chǔ)薄弱，沒有專門的數(shù)據(jù)庫，沒有材料數(shù)據(jù)的熱力學(xué)計算軟件，完全依賴國外軟件。
（5）自主開發(fā)商品化鑄造模擬仿真軟件方面還很弱，軟件占有率不高，更缺乏在世界上的影響力；鑄造模擬仿真軟件缺乏商業(yè)運作，在與公司化運作的國外模擬仿真軟件競爭中不占優(yōu)勢；自主研發(fā)軟件資金、技術(shù)、人員投入較少，發(fā)展緩慢。
（6）我國鑄造行業(yè)大而不強，附加值低，利潤率低，難以支撐大的技術(shù)改造和長遠(yuǎn)發(fā)展投資，而且知識產(chǎn)權(quán)保護意識淡薄，力度不夠，因此造成正版軟件購買率低，軟件開發(fā)利潤薄，從而介入該領(lǐng)域的熱情低。
我國鑄造數(shù)值模擬的發(fā)展思路
截至目前，我國鑄造企業(yè)應(yīng)用鑄造過程數(shù)值模擬軟件還不夠普及，配套的鑄造材料熱物性參數(shù)、缺陷判據(jù)參數(shù)和邊界條件數(shù)據(jù)庫不系統(tǒng)不完整，影響計算精度和工程應(yīng)用水平。輕金屬和高性能鑄鐵鑄造過程數(shù)值模擬還主要集中在宏觀尺度，多尺度多物理量耦合數(shù)理建模及鑄件微觀組織、力學(xué)性能和服役壽命預(yù)測研究和應(yīng)用亟待加強。國內(nèi)航空發(fā)動機和地面燃?xì)廨啓C用高溫合金單晶/柱晶葉片數(shù)值模擬軟件研發(fā)水平和工程應(yīng)用水平落后。國內(nèi)少數(shù)幾家鑄造企業(yè)采用兩相流數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化制芯工藝，但所采用的商業(yè)化專用軟件為國外公司開發(fā)。
針對目前鑄造數(shù)值模擬存在的問題，我國應(yīng)該進一步加大鑄造數(shù)值模擬技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，以企業(yè)需求作為驅(qū)動力，實現(xiàn)鑄造數(shù)值模擬技術(shù)創(chuàng)新上、中、下游的對接與耦合；同時加大鑄造數(shù)值模擬投入，集合我國鑄造數(shù)值模擬技術(shù)研究以及應(yīng)用的優(yōu)勢單位，主要開展鑄造數(shù)值模擬的系統(tǒng)化、智能化、集成化以及實驗支撐等相關(guān)工作。
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