Tytuł pozycji:
Current developments on the coupled thermomechanical computational modeling of metal casting processes
In this paper, current developments on the coupled thermomechanical computational simulation of metal casting processes are presented A thermodynamically consistent constitutive material model is derived from a thermoviscoplastic free energy function. A continuous transition between the initial fluid-like and the final solid-like is modeled by considering a J2 thermoviscoplastic model. Thus, an thermoelastoviscoplastic model, suitable for the solid-like phase, degenerates into a pure thermoviscous model, suitable for the liquid-like phase, according to the evolution of the solid fraction function. A thermomechanical contact model, taking into account the insulated effects of the air-gap due to thermal shrinkage of the part during solidification and cooling, is introduced. A fractional step method, arising from an operator split of the governing differential equations, is considered to solve the coupled problem using a staggered scheme. Within a finite element setting, using low-order interpolation elements, a multiscale stabilization technique is introduced as a convenient framework to overcome the Babuska-Brezzi condition and avoid volumetric locking and pressure instabilities arising in incompressible or quasi-incompressible problems. Computational simulation of industrial castings show the good performance of the model.
W artykule opisano stan badań nad cieplno-mechanicznym modelem procesów odlewania metali. Termodynamicznie spójny konstytutywny model materiału został opracowany w oparciu o funkcję termo-lepkoplastycznej energii swobodnej. Ciągłe przejście od cieczy do ciała stałego modelowano za pomocą termo-lepkoplastycznego modelu typu J2. W konsekwencji, stosownie do zmian ułamka objętości fazy stałej termo-sprężysto-lepkoplastyczny model, opracowany dla ciał w stanie stałym, jest przekształcany w termo-lepkoplastyczny model odpowiedni dla cieczy. Do programu wprowadzono termo-lepkoplastyczny model styku, uwzględniający izolacyjny wpływ szczeliny powietrza powstającej w wyniku skurczu objętościowego krzepnącego metalu. W rozwiązaniu sprzężonego problemu zastosowano metodę kroków cząstkowych, wynikającą z operatorowego rozdziału różniczkowego równania cząstkowego. W rozwiązaniu metodą elementów skończonych zastosowano wieloskalową metodę stabilizacji w elementach niskiego rzędu. Jest to efektywna metoda pozwalająca ominąć kryterium Babuski-Brezzi'ego i uniknąć lokingu objętościowego i niestabilności ciśnienia powstających w quasi-nieściśliwych problemach. Symulacje przemysłowych procesów odlewania wykazały dobrą dokładność opracowanego modelu.
