CAESES与FLOW-3D耦合优化案例压铸模型优化

1、CAESES与FLOW-3D耦合优化案例：压铸模型优化压铸是一种金属铸造工艺，将熔融的金属压迫进入模腔从而生成相应模型。 本案例的研究中主要进行压铸部件的形状优化。在CAESES软件里使用了 8个设 计变量创建了参数化的模型，同时耦合FLOW-3D软件对定义的目标参数进行计算 和监控。这项研究的主要目标是减少压铸过程中整体夹带的空气量。同时，控制自由 表面缺陷浓度（这些表面杂质主要是自由表面上的氧化物）不高于基准模型。我 们基于CAESES与FLOW-3D建立了一个全自动化的工作流程，其中CAESES优化策 略用于生成和分析不同的设计变体。铸模系统，其中绿色部件在优化过程中形状是可变的几何模型

2、初始的基准几何模型由外部导入到CAESES里，并在CAESES里重新下构建一 个全参数化的几何模型。从一个实体模型中移除模具，流道和喷射套筒等区域， 形成一个封闭的流体域模型，并建立自动化工作流程，自动地生成网格。该部件的长度、角度和其他的一些几何特征都是可以变动的。以下动画显示 了在自动优化中几何模型的一些典型变化：限制约束压铸液由流道进入压铸件的速度范围在2060m/s ；该段模型应能与整个流 道模型相匹配；当压铸液进入压铸件时，才能进入快速浇注阶段；压铸液的流动 应通过从薄截面到厚截面的最短路径。自动CFD计算针对初始模型，在FLOW-3D软件中进行分析设定，之后通过CAESES里的“软

3、 件链接”功能，这些设定可以对新生成的变体进行重复使用。从材料的物性参数 到网格参数都可以在CAESES里控制。由FLOW-3D生成的结果数据可以自动地导 入CAESES并提取目标参数对模拟结果进行评估。网格特性整个模型网格由两部分非完全匹配的网格组成；实际网格总数约1400000， 网格基本尺寸为2mm。模拟特性对于活塞，其材料为铍钻铜合金(铜模)，导热系数是300 (W/(mK), 比热容为3.52e+06 (J/(m3.K )。对于磨具空间，其材质是铁l H13导热系数为 28.6 (W/(mK), 比热容为35618.014 (J/(m3.K),最大热穿透深度是14mm。piu nge

4、rmaid压铸件各部件整体设定remaihin space mo-ld& nj nofi rshoi sleeve压铸液特性如下表所示:单位液态固态压铸材料铝合金 A380 (LM24, ADC10/AC4B)密度kg/m324602710运动粘性系数Pa s0.0012-比热J/(kg.K)1245.3963热传导系数W/(mK)10496.2初始温度C649温度C574.4497.3融合潜热J/kg3.89E+05使用一种具有自由表面模型的流体，并应用以下模型：-空气夹带气蚀缺陷跟踪密度评估重力和非惯性参考系热传递移动和简单的变形对象凝固粘度和湍流模拟结果优化过程划分为两个阶段。在第一阶段，优化的是基本流动参数。在快速浇 注阶段，速度控住在1.52.5m/s （基准为1.6 m/s）。同时，压铸液的温度在 620 C 680 C之间变化（基准为649 C）。这一阶段的优化后，进行第二阶段的模拟。在这一阶段，通过自动优化算法 控制形状参数变化。整体的优化结果显示，相比于初始基准设计，夹带的空气量减少15% ；同时， 自由表面缺陷程度也有1%