JP2651296B2 - Phase transformation analyzer - Google Patents

Phase transformation analyzer

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JP2651296B2
JP2651296B2 JP3226311A JP22631191A JP2651296B2 JP 2651296 B2 JP2651296 B2 JP 2651296B2 JP 3226311 A JP3226311 A JP 3226311A JP 22631191 A JP22631191 A JP 22631191A JP 2651296 B2 JP2651296 B2 JP 2651296B2
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Japan
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analysis
mesh
temperature
transformation
phase transformation
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もゆる 森
史則 後藤
勝哉 井上
幸弘 松永
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、対象物の形状を複数の
メッシュに分割するメッシュ分割手段と、そのメッシュ
分割手段により分割されたメッシュ毎に熱伝導方程式を
解き相変態の解析を行う解析手段とからなる相変態解析
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mesh dividing means for dividing a shape of an object into a plurality of meshes, and an analysis for solving a heat conduction equation for each mesh divided by the mesh dividing means and analyzing a phase transformation. And a phase transformation analysis device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の鋳物凝固解析装置は、対
象物の形状を複数のメッシュに分割するメッシュ分割手
段と、そのメッシュ分割手段により分割されたメッシュ
毎に熱伝導方程式を解き単一の相変態解析を行う解析手
段とから構成していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of casting solidification analyzing apparatus has a mesh dividing means for dividing the shape of an object into a plurality of meshes, and solves a heat conduction equation for each of the meshes divided by the mesh dividing means. And analysis means for performing a phase transformation analysis.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、複数の相変態に
対して解析する装置の提供が望まれている。例えば、鋳
造品の場合では、放射性廃棄物の輸送用容器として、標
準品以上の厚肉ダクタイル鋳鉄を鋳放しで製造するとい
った特殊な場合には、輸送中の万が一の事故に備えて十
分な強度を持たせるべく、黒鉛の球状化を図るとともに
基地を全てフェライト化する必要があるといったよう
に、その目的に応じて材料をオーステンパ処理したりパ
ーライト処理したりそれらの混合した処理を行う場合
に、凝固変態のみならず、Ar1変態をも解析する必要が
あるのである。しかし、上述の従来技術では、それら複
数の解析が行えないので実際の実験データに基づき行わ
なければならず、品質のよい鋳造方案を迅速に作成する
ことが困難であるという欠点があった。そこで、複数の
相変態の解析を行うために、単一の相変態解析を行う解
析手段を複数段にわたって設けて相変態解析装置を構成
することが考えられるが、この場合、各解析手段は処理
の度に全メッシュについて解析対象となる変態の変態温
度に達しているか否かを判別して、該当するメッシュに
対して変態解析を行うこととなるので、処理時間が極め
て長くなるという欠点があった。さらには、実際の鋳造
過程で生じるように、解析対象の物性値が途中で変わる
ことがある。例えば、インゴットケースから鋼塊を取り
出した時に、ケース内壁に接していた物質が鋼塊から空
気に変わるような場合である。このような場合には、そ
の時点から新たな境界条件や初期条件を入力した後、解
析を実行しなければならず、極めて手間がかかるという
欠点もあった。本発明の目的は上述した従来欠点を解消
する点にある。
In recent years, it has been desired to provide an apparatus for analyzing a plurality of phase transformations. For example, in the case of cast products, as a container for transporting radioactive waste, in special cases such as the production of thick-walled ductile cast iron of standard products or higher, sufficient strength should be provided in case of an accident during transportation. In order to make the material spherical, it is necessary to ferrite all the bases while making the graphite spheroidal, such as when performing austempering treatment or pearlite treatment or a mixed treatment of these materials according to the purpose, It is necessary to analyze not only the solidification transformation but also the Ar1 transformation. However, the above-mentioned conventional technique has a drawback that it is difficult to quickly produce a high-quality casting plan because the plurality of analyzes cannot be performed, so that the analysis must be performed based on actual experimental data. Therefore, in order to analyze a plurality of phase transformations, it is conceivable to configure a phase transformation analysis device by providing analysis means for performing a single phase transformation analysis in a plurality of stages. Each time, it is determined whether or not the transformation temperature of the transformation to be analyzed has been reached for all the meshes, and the transformation analysis is performed on the corresponding mesh. Was. Furthermore, the physical property value of the analysis object may change on the way, as occurs in the actual casting process. For example, when a steel ingot is taken out from an ingot case, a substance in contact with the inner wall of the case changes from the steel ingot to air. In such a case, analysis must be performed after a new boundary condition or initial condition is input from that point in time. An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional disadvantages.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による相変態解析装置の特徴構成は、前記解
析手段を、前記各メッシュ毎に熱伝導方程式を解く第一
解析手段と、第一解析手段の結果得られる温度に基づき
前記メッシュを各相の遷移に対応する複数のグループに
分割して各グループ毎に所定の変態解析を行う第二解析
手段とで構成してあることにある。前記解析手段による
解析中に前記メッシュの特定部分の物質又は温度を変更
する置換手段を設けてあることが好ましい。
In order to achieve this object, a phase transformation analyzing apparatus according to the present invention is characterized in that the analyzing means comprises: a first analyzing means for solving a heat conduction equation for each mesh; A second analysis unit configured to divide the mesh into a plurality of groups corresponding to transitions of each phase based on a temperature obtained as a result of one analysis unit and perform a predetermined transformation analysis for each group. . It is preferable that a replacement means for changing a substance or a temperature of a specific portion of the mesh during analysis by the analysis means is provided.

【0005】[0005]

【作用】第一解析手段は、解析条件に基づき、全メッシ
ュについて熱伝導方程式を解いて、メッシュ毎の温度を
導出する。第二解析手段は、先ず、初期条件で設定され
た各メッシュの温度に基づいて、各メッシュを各相の遷
移に対応して設定された複数のグループに分割して登録
する。その後、該当グループ毎に必要な解析処理及び再
分割処理を行う。解析処理とは、例えば凝固解析であれ
ば凝固潜熱の放出計算をいい、再分割処理とは、解析処
理が終了したメッシュの温度がそのグループの温度範囲
を逸脱するときに、他のグループへ再登録することをい
う。前記解析手段による解析中に、解析対象の物性値を
解析中に変更する必要がある場合(例えば、インゴット
ケースから鋼塊を取り出した場合のその後のケースの温
度変化の解析を行う場合)、置換手段により前記メッシ
ュの特定部分の物質又は温度を新たなデータに置換する
ことにより、その後の解析を中断することなく連続して
行う。
The first analysis means derives the temperature for each mesh by solving the heat conduction equation for all meshes based on the analysis conditions. The second analysis means first divides each mesh into a plurality of groups set corresponding to the transition of each phase based on the temperature of each mesh set under the initial condition, and registers them. After that, necessary analysis processing and subdivision processing are performed for each group. The analysis processing means, for example, the calculation of the release of latent heat of solidification in the case of solidification analysis, and the subdivision processing means that when the temperature of the mesh for which analysis processing has been completed deviates from the temperature range of the group, the mesh is returned to another group. To register. When it is necessary to change the physical property value of the analysis target during the analysis by the analysis means (for example, when analyzing the temperature change of the case after removing the steel ingot from the ingot case), By replacing the substance or temperature of a specific portion of the mesh with new data by means, the subsequent analysis is continuously performed without interruption.

【0006】[0006]

【発明の効果】本発明による相変態解析装置により、複
数の相変態解析を高速に行うことができるようになっ
た。その結果、例えば、Ar1変態をも加味した高品質の
鋳造品の方案を迅速に作成できるようになった。又、置
換手段により、解析対象の物性値が途中で変わることが
あっても、連続的に解析を実行できるので、解析時間、
手間を大幅に改善できるようになった。例えば、鋳造品
の場合に適用すれば、金型の連続鋳造の解析や、インゴ
ットケースの鋼塊取り出し時の解析、さらには遠心鋳造
における遠心ロールの長時間鋳込みの解析等が行え、一
定品質の鋳造品を極めて効率よく製造できるようにな
る。
According to the phase transformation analyzer of the present invention, a plurality of phase transformation analyzes can be performed at high speed. As a result, for example, it has become possible to quickly create a high-quality casting plan that also takes into account the Ar1 transformation. In addition, even if the physical property value of the analysis object may change in the middle by the replacement means, the analysis can be continuously performed, so that the analysis time,
The labor has been greatly improved. For example, if applied to cast products, analysis of continuous casting of molds, analysis of ingot case ingot removal, and analysis of long-time casting of centrifugal rolls in centrifugal casting can be performed. Casting can be produced very efficiently.

【0007】[0007]

【実施例】以下実施例を説明する。図1に示すように、
鋳造物に対する鋳物凝固解析装置は、解析対象の形状モ
デルを生成するプリ・プロセッサ1と、その形状モデル
に対して熱伝導解析を実行する解析手段2と、解析結果
を出力するポスト・プロセッサ3で構成してある。前記
プリ・プロセッサ1は、鋳造用の金型及びその金型で鋳
造される鋳物の形状を入力するマウスやキーボード等の
入力機器1A、入力された形状を形状ファイルとして記
憶する記憶手段1B、その形状を表示するCRT、入力
された形状に対して2次元或いは3次元の直交格子メッ
シュに分割するメッシュ分割手段1C等として機能する
プロセッサ、生成されたメッシュをメッシュファイルと
して記憶する記憶手段1D等で構成してあり、前記入力
機器1Aから入力される各メッシュの構成物質(例え
ば、金型の材質や投入される溶湯の組成等)や初期温度
等の初期条件や境界条件でなる解析条件及びメッシュデ
ータから解析データファイルを生成し記憶手段1Fに格
納する。前記プリ・プロセッサ1には、更に、生成され
たメッシュに対して各メッシュを単位とする領域を指定
して、その指定領域の物質又は温度を任意の時間から変
更する置換データを入力して指定領域に対する置換デー
タを前記解析データファイルに編集合成する置換データ
生成手段1Eを備えてある。前記解析手段2は、図6に
示す特性曲線Aのごとく、2段階の相変態を取り扱うも
ので、前記解析データファイルの各メッシュ毎に直接差
分法により熱伝導方程式を解くことで非定常非線型熱伝
導解析を行う第一解析手段2Bと、前記解析条件として
入力された相変態開始温度から終了温度に到るまでの
間、冷却過程における凝固変態、Ar1変態の潜熱解析を
温度回復法を用いて実行する第二解析手段2Cと、、第
一解析手段2Bの実行中に前記メッシュの特定部分の物
質又は温度を変更する置換手段2Dと、さらには解析結
果に基づいて、含有黒鉛の球状化の程度を示す評価指数
を演算導出する手段等で構成してあり、解析結果を結果
ファイルとして記憶手段2Aに格納する。解析結果の一
例として図6に示すような冷却曲線が前記ポスト・プロ
セッサ3により生成出力される。尚、前記相変態開始温
度や終了温度は、Fe−C合金及びそれに含まれる他の
元素の含有量により異なるもので、実際に実験結果から
予め求めた値を前記解析データファイル中に設定してあ
る。第一解析手段2Bは、図2に示すように、前記メッ
シュ分割手段1Cにより分割された鋳造品及びその金型
の微小要素(例えば、図中AやB等)に対して差分方程
式を立てて解くもので、以下に詳述する。
Embodiments will be described below. As shown in FIG.
The casting solidification analysis apparatus for a casting includes a pre-processor 1 for generating a shape model to be analyzed, an analysis means 2 for executing a heat conduction analysis on the shape model, and a post-processor 3 for outputting an analysis result. It is composed. The pre-processor 1 includes an input device 1A such as a mouse and a keyboard for inputting a shape of a casting mold and a casting to be cast by the mold, a storage unit 1B for storing the input shape as a shape file, A CRT for displaying the shape, a processor functioning as a mesh dividing unit 1C for dividing the input shape into a two-dimensional or three-dimensional orthogonal lattice mesh, and a storage unit 1D for storing the generated mesh as a mesh file. Analytical conditions and meshes, which are constituted by the constituent materials of each mesh (for example, the material of the mold and the composition of the molten metal to be input) input from the input device 1A, initial conditions such as initial temperature, and boundary conditions. An analysis data file is generated from the data and stored in the storage unit 1F. The pre-processor 1 further specifies a region in units of each mesh with respect to the generated mesh, and inputs and specifies replacement data for changing the material or temperature of the specified region from an arbitrary time. There is provided a replacement data generating means 1E for editing and combining replacement data for an area with the analysis data file. The analysis means 2 handles a two-stage phase transformation, as shown by a characteristic curve A shown in FIG. 6, and solves a heat conduction equation by a direct difference method for each mesh of the analysis data file, thereby obtaining an unsteady nonlinear nonlinearity. The first analysis means 2B for performing the heat conduction analysis and the latent heat analysis of the solidification transformation and the Ar1 transformation in the cooling process during the period from the phase transformation start temperature input as the analysis condition to the end temperature are performed by the temperature recovery method. A second analyzing means 2C to be used and executed; a replacing means 2D for changing a substance or a temperature of a specific portion of the mesh during the execution of the first analyzing means 2B; A means for calculating and deriving an evaluation index indicating the degree of conversion is stored in the storage means 2A as a result file. As an example of the analysis results, a cooling curve as shown in FIG. Incidentally, the phase transformation start temperature and the end temperature are different depending on the content of the Fe-C alloy and other elements contained therein, and values actually obtained in advance from experimental results are set in the analysis data file. is there. As shown in FIG. 2, the first analysis unit 2B sets a difference equation for the cast product divided by the mesh division unit 1C and the minute elements (for example, A and B in the figure) of the mold. The solution will be described in detail below.

【0008】微小時間Δt間に節点領域(前記微小要素
をいう)に蓄積される熱量Qは数1で表される。
The amount of heat Q accumulated in the nodal region (referred to as the above-mentioned minute element) during the minute time Δt is expressed by the following equation (1).

【0009】[0009]

【数1】 (Equation 1)

【0010】同一物質の節点領域aと熱抵抗なしで接触
している面Sa から熱伝導で流入する熱量はフーリエの
法則より数2で表される。
[0010] amount of heat flowing by heat conduction from the surface S a in contact without nodal region a and the thermal resistance of the same material is expressed by the number from the Fourier's law 2.

【0011】[0011]

【数2】 (Equation 2)

【0012】ここで、λiaは節点(前記微小要素の外接
円の中心をいう)ia間の平均熱伝導率、liaは節点i
a間の距離である。
Here, λ ia is the average thermal conductivity between nodes ia (meaning the center of the circumcircle of the microelement), and l ia is the node i
It is the distance between a.

【0013】[0013]

【数3】 (Equation 3)

【0014】又、面Sb で鋳型等と熱抵抗rb で接触し
ている場合に面Sb から流入する熱流Qinb は数4で表
される。
[0014] Also, the heat flow Q inb flowing from the surface S b when in contact with a mold or the like and heat resistance r b in terms S b are expressed by the number 4.

【0015】[0015]

【数4】 (Equation 4)

【0016】ここで、li1,lb1は節点i,bから面S
b までの距離で, i1/λi ,lb1/λb は熱伝導によ
る熱抵抗を示している。尚、熱抵抗rb は熱伝達係数h
b を使用すれば、rb =1/hb となる。外部温度
c ,熱伝達率hc が既知の境界面Sc からの流入熱量
は数4でlb1=0、rb =1/hc 、Tb =Tc 、Sb
=Sc とすればよい。又、熱流束qd が既知の境界面S
d からの熱流量Qind は数5で表される。
Here, l i1 and l b1 are connected from the nodes i and b to the surface S
In the distance to b , l i1 / λ i and l b1 / λ b indicate thermal resistance due to heat conduction. The heat resistance r b is the heat transfer coefficient h
You can use the b, a r b = 1 / h b. External temperature T c, the inflow amount of heat of the heat transfer coefficient h c is the known boundary surface S c is the number 4 l b1 = 0, r b = 1 / h c, T b = T c, S b
= It may be used as the S c. Also, the boundary surface S for which the heat flux q d is known
The heat flow Q ind from d is represented by Equation 5.

【0017】[0017]

【数5】 (Equation 5)

【0018】さらに、熱放射率εc の境界面Sc へ温度
(Tc +273.15)の環境から入射する熱エネルギ
ーQincは数6で表される。
Furthermore, the thermal energy Q inc entering from the environment of the temperature (T c +273.15) to the boundary surface S c of the thermal emissivity epsilon c is expressed by Equation 6.

【0019】[0019]

【数6】 (Equation 6)

【0020】ここで、Tscは面Sc における表面温度で
ある。以上の流入熱量を蓄積量Qに等置すれば数7が得
られる。
[0020] Here, T sc is the surface temperature of the surface S c. If the above inflowing heat amount is equalized to the accumulated amount Q, Equation 7 is obtained.

【0021】[0021]

【数7】 (Equation 7)

【0022】タイムステップΔtが大きく、隣接節点領
域よりも遠くの領域の影響が問題となる場合には著しい
誤差が生じることになるので、タイムステップΔtとし
ては、数8に示すように、ある限界値以下の値を採用し
なければならない。
When the time step Δt is large and the influence of a region farther than the adjacent node region becomes a problem, a remarkable error occurs. Therefore, the time step Δt has a certain limit, as shown in Expression 8. A value less than or equal to the value must be adopted.

【0023】[0023]

【数8】 (Equation 8)

【0024】図3に示すように、温度回復法は潜熱放出
計算の一手法で、凝固変態時には、以下のように取り扱
う。先ず、潜熱の放出を考えない熱解析を行う。温度低
下量をΔTとすると熱の移動量Qは、 Q=ρCpVΔT 次に、潜熱ΔLの放出によりΔTを回復するとすると、 Q=ρVΔL ΔL=CpΔT 従って、凝固変態中の温度Tは、固相率fsを用いて、 T=T(liq)−(T(liq)−T(sol))fs fs=ΣΔL/L となる。尚、ここで、ρは密度、Cpは比熱、Vは体積
である。又、Ar1変態においても、液相線温度T(li
q)をAr1変態開始温度、固相線温度T(sol)をA
r1変態終了温度、固相率fsをAr1変態率、潜熱をAr1
変態潜熱とすることにより同様に実行できる。前記ポス
ト・プロセッサ3は、前記結果ファイルのデータから視
認性の良いグラフ(例えば、温度範囲に応じて複数の領
域に分割して領域毎に表示色を異ならせる等)やドキュ
メントを生成するプロセッサと、その内容を出力するプ
リンタ等の出力機器3B等で構成してある。
As shown in FIG. 3, the temperature recovery method is a method of calculating latent heat release, and is handled as follows during solidification transformation. First, a thermal analysis without considering the release of latent heat is performed. Assuming that the amount of temperature decrease is ΔT, the heat transfer amount Q is: Q = ρCpVΔT Next, if ΔT is recovered by releasing latent heat ΔL, Q = ρVΔL ΔL = CpΔT Therefore, the temperature T during the solidification transformation is the solid phase ratio Using fs, T = T (liq) − (T (liq) −T (sol)) fs fs = ΣΔL / L Here, ρ is density, Cp is specific heat, and V is volume. Also, in the A r1 transformation, the liquidus temperature T (li
q) is the A r1 transformation onset temperature, and the solidus temperature T (sol) is A
r1 transformation end temperature, solid fraction fs is Ar1 transformation rate, latent heat is Ar1
The same can be performed by using the transformation latent heat. The post processor 3 includes a processor that generates a graph (for example, divided into a plurality of areas according to a temperature range and different display colors for each area) and a document from the data of the result file. And an output device 3B such as a printer for outputting the contents.

【0025】以下に、図4に示すフローチャートに従
い、鋳物凝固解析装置の主要な動作を説明する。前記解
析データファイルから、初期温度により全メッシュから
鋳物要素を抽出して、各鋳物要素を図5に示すグループ
に分割すべくメッシュの要素番号を該当グループに登録
する<#1>。全メッシュに対して、直接差分法を用い
て非定常非線型熱伝導計算を施す。このとき、隣接する
メッシュへの影響を飛び越して他のメッシュに影響を及
ぼしたりすることに起因する解の発散を回避すべく適当
な時間間隔で計算を行うように設定してある<#2>。
即ち、ステップ<#2>が第一解析手段となる。グルー
プ1の要素の存在を検出して存在していれば(初期には
およそ全ての鋳物要素は液相温度以上である)、ステッ
プ<#2>の結果に基づいて各要素の温度が凝固変態温
度に低下しているか否かを判別して、低下していればそ
の要素をグループ2に移行する<#3>,<#4>。グ
ループ2又は3(凝固変態中)の要素の存在を検出して
存在していれば、上述の温度回復法により凝固潜熱解析
を行うとともに、ステップ<#2>の結果に基づいてス
テップ<#4>と同様にグループ分け処理を行う<#5
>,<#6>。続いて、グループ4又は5の要素の存在
を検出して存在していれば、グループ5に対してAr1
熱解析を行うとともに、ステップ<#2>の結果に基づ
いてステップ<#4>と同様にグループ分け処理を行う
<#7>,<#8>,<#9>,<#10>。即ち、ス
テップ<#3>から<#10>が第2解析手段を構成す
る。その結果、すべてのメッシュが凝固点に達すると、
解析結果に基づいて、含有黒鉛の球状化の程度を示す評
価指数を演算導出する<#11>,<#12>。詳述す
ると、評価指数は、 〔評価指数〕=〔化学成分係数〕×〔凝固時間係数〕×
〔濃縮度係数〕 で表され、「評価指数」が過去の実験データに基づいて
決定される所定値より大であればあるほど、チャンキー
黒鉛等の片状黒鉛が発生する確率が高くなり、小であれ
ばあるほど、チャンキー黒鉛等の片状黒鉛が発生する確
率が低くなり、従って黒鉛の球状化率が大であると評価
する。即ち、ステップ<#9>が評価手段2Eを構成す
る。評価の結果、「評価指数」が前記所定値より大であ
れば、冷却速度を速めたり、或いは、黒鉛の球状化を促
進する元素の含有率を上げたり黒鉛の球状化を妨げるお
それのある元素の含有率を下げるといった方案を作成し
て再度評価する。「化学成分係数」とは、Fe−C合金
に含まれる他の元素、例えば、Ti,Pb,Al,B
i,Ce等の組成(重量%)と、蓄積された過去の実験
データから得られる組成係数とのそれぞれの積を加算し
て表されたもので、特にCeの寄与を重視して設定した
ものである。 「凝固時間係数」とは、解析の結果得られた凝固までに
要する時間が、同じく過去の実験データから得られる設
定時間より長いか短いかで定まる係数であり、設定時間
より短ければ“凝固時間を変数とする関数で1より小な
る値”を、設定時間より長ければ“凝固時間を変数とす
る関数で1より大なる値”で示す。即ち、凝固時間が長
くかかるほど黒鉛の球状化率が低下する傾向に着目した
ものである。 「濃縮度係数」とは、解析の結果得られた全体が凝固す
るまでの間の鋳造品の一定時間毎の凝固領域の体積と未
凝固領域の体積の比率の積、即ち、濃縮度を変数とする
関数で表され、濃縮度が大なるほど黒鉛の球状化が低下
する傾向に着目したものである。このようにして、鋳造
品各部の凝固時間、温度分布履歴、冷却曲線等を複数組
の初期条件、境界条件に基づき求めるとともに、黒鉛の
球状化の評価や引け巣予測を行い、例えば、厚肉ダクタ
イル製放射性物質遮蔽容器では、十分な冷却速度を確保
しながら所望の仕様を確保すべく鋳造方案を検討する。
図4に示すように、前記ステップ<#2>の処理の前に
は、更に、解析データファイル中の前記置換手段1Fに
より設定された複数の置換データから、置換すべき時間
か否かを判別して<#01>、置換すべき時間であれば
該当メッシュを置換すべきデータ、即ち、メッシュを構
成する物質又は温度(例えば、鋳鋼から空気へ)を変更
する<#02>,<#03>。ここで、物質又は温度の
何れか又は何れも指定されていない場合には、その直前
のデータを採用する<#04>。
The main operation of the casting solidification analyzing apparatus will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. From the analysis data file, casting elements are extracted from the entire mesh according to the initial temperature, and the element numbers of the mesh are registered in the corresponding groups in order to divide each casting element into the groups shown in FIG. 5 <# 1>. Transient non-linear heat conduction calculation is performed on all meshes using the direct difference method. At this time, the calculation is set to be performed at appropriate time intervals in order to avoid the divergence of the solution caused by affecting the other mesh by jumping over the influence on the adjacent mesh <# 2>. .
That is, step <# 2> is the first analysis means. If the presence of elements of group 1 is detected and present (at the beginning, almost all casting elements are at or above the liquidus temperature), the temperature of each element is changed to the solidification transformation based on the result of step <# 2>. It is determined whether or not the temperature has decreased, and if the temperature has decreased, the element is transferred to group 2 <# 3>, <# 4>. If the presence of an element of group 2 or 3 (during solidification transformation) is detected and present, solidification latent heat analysis is performed by the above-mentioned temperature recovery method, and step <# 4 is performed based on the result of step <# 2>. > Perform grouping processing in the same manner as <># 5
>, <# 6>. Subsequently, if present by detecting the presence of elements of Groups 4 or 5, performs A r1 latent analysis for a group 5, and Step <# 4> based on step <# 2> Results Similarly, grouping processing is performed <# 7>, <# 8>, <# 9>, <# 10>. That is, steps <# 3> to <# 10> constitute the second analysis means. As a result, when all meshes reach the freezing point,
Based on the analysis results, an evaluation index indicating the degree of spheroidization of the contained graphite is calculated and derived <# 11>, <# 12>. In detail, the evaluation index is [Evaluation index] = [Chemical component coefficient] × [Coagulation time coefficient] ×
It is represented by (concentration factor), the greater the "evaluation index" is greater than a predetermined value determined based on past experimental data, the higher the probability of occurrence of flaky graphite such as chunky graphite, The smaller the smaller, the lower the probability of generation of flaky graphite such as chunky graphite, and therefore, the higher the spheroidization rate of graphite is evaluated. That is, step <# 9> constitutes the evaluation means 2E. As a result of the evaluation, if the “evaluation index” is larger than the predetermined value, an element that may increase the cooling rate or increase the content of the element that promotes the spheroidization of graphite or hinders the spheroidization of graphite Create a plan to lower the content rate of and evaluate it again. “Chemical component coefficient” refers to other elements contained in the Fe—C alloy, for example, Ti, Pb, Al, B
It is expressed by adding each product of the composition (% by weight) of i, Ce, etc., and the composition coefficient obtained from the accumulated past experimental data, and is set with particular emphasis on the contribution of Ce. It is. The “coagulation time coefficient” is a coefficient determined by whether the time required for coagulation obtained as a result of the analysis is longer or shorter than the set time obtained from the past experimental data. Is a value smaller than 1 in a function using as a variable, and "a value larger than 1 in a function using a coagulation time as a variable" if it is longer than a set time. That is, attention is paid to the tendency that the longer the solidification time is, the lower the spheroidization rate of graphite is. The "concentration factor" is the product of the ratio of the volume of the solidified region and the volume of the unsolidified region of the casting at regular intervals until the whole obtained from the analysis is solidified, that is, the enrichment is a variable It focuses on the tendency that the spheroidization of graphite decreases as the concentration increases. In this way, the solidification time, temperature distribution history, cooling curve, etc. of each part of the cast product are obtained based on a plurality of sets of initial conditions and boundary conditions, and the spheroidization of graphite and shrinkage cavity prediction are performed. For a radioactive material shielding container made of ductile, a casting method will be examined to secure desired specifications while securing a sufficient cooling rate.
As shown in FIG. 4, before the process of the step <# 2>, it is further determined from the plurality of replacement data set by the replacement means 1F in the analysis data file whether or not it is time to replace. <# 01>, if it is time to replace, data to replace the corresponding mesh, that is, the material or temperature (for example, from cast steel to air) constituting the mesh is changed <# 02>, <# 03. >. Here, if any or none of the substance and the temperature is not specified, the data immediately before that is adopted <# 04>.

【0026】以下、本発明の別実施例を説明する。先の
実施例では、鋳造物の冷却過程における相変態の解析を
行う例を説明したが、これに限定するものではなく気
相、液相、固相等、任意の物質の相変態の解析を行うこ
とができる。先の実施例では、メッシュ分割手段として
直交格子メッシュに分割するものを説明したが、メッシ
ュの分割は、熱伝導方程式の解法に応じて任意に分割し
てよい。又、解法は,他に、Macnealらのネット
ワーク方や、佐伯、磐城らのHodgkinsの方法等
多くの方法が適用できるし、直接差分法に限定するもの
でもなく、有限要素法等任意の方法が利用できる。先の
実施例で説明した引け巣予測は、固相率勾配法、等温度
曲線法、温度勾配法等任意の方法で行うことができる。
先の実施例で説明した置換手段を用いれば、金型の連続
鋳造の解析や、インゴットケースの鋼塊取り出し時の解
析、さらには遠心鋳造における遠心ロールの長時間鋳込
みの解析が行える。又、複数の材料の相変態を同時に取
り扱うことにより、2層合金(BI−METAL)の解
析を行うこともできる。
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. In the previous embodiment, an example of analyzing the phase transformation in the cooling process of the casting was described.However, the present invention is not limited to this, and the analysis of the phase transformation of any substance such as a gas phase, a liquid phase, and a solid phase is performed. It can be carried out. In the above embodiment, the mesh dividing means is described as being divided into orthogonal lattice meshes. However, the mesh may be divided arbitrarily according to the solution of the heat conduction equation. Many other methods such as the Macneal et al. Network method and the Saeki, Iwaki et al. Hodgkins method can be applied, and the method is not limited to the direct difference method but may be any method such as the finite element method. Available. The shrinkage cavity prediction described in the above embodiment can be performed by any method such as a solid phase gradient method, an isothermal curve method, and a temperature gradient method.
By using the replacement means described in the previous embodiment, analysis of continuous casting of a mold, analysis of taking out a steel ingot from an ingot case, and analysis of long-time casting of a centrifugal roll in centrifugal casting can be performed. Further, by simultaneously dealing with the phase transformations of a plurality of materials, it is possible to analyze a two-layer alloy (BI-METAL).

【0027】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
In the claims, reference numerals are provided for convenience of comparison with the drawings, but the present invention is not limited to the configuration shown in the attached drawings.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】相変態解析装置のブロック構成図FIG. 1 is a block diagram of a phase transformation analyzer.

【図2】メッシュ分割されるべき鋳造物の方案図FIG. 2 is a plan view of a casting to be divided into meshes.

【図3】潜熱放出の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of latent heat release.

【図4】フローチャートFIG. 4 is a flowchart.

【図5】メッシュのグループ分割表FIG. 5 is a mesh group split table.

【図6】冷却曲線を示す特性図FIG. 6 is a characteristic diagram showing a cooling curve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1C メッシュ分割手段 2 解析手段 2B 第一解析手段 2C 第二解析手段 1C mesh division means 2 analysis means 2B first analysis means 2C second analysis means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 幸弘 兵庫県尼崎市浜1丁目1番1号 株式会 社クボタ 技術開発研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yukihiro Matsunaga 1-1-1 Hama, Amagasaki-shi, Hyogo Inside Kubota Technology Development Laboratory Co., Ltd.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 対象物の形状を複数のメッシュに分割す
るメッシュ分割手段(1C)と、そのメッシュ分割手段
(1C)により分割されたメッシュ毎に熱伝導方程式を
解き相変態を解析する解析手段(2)とからなる相変態
解析装置であって、 前記解析手段(2)を、前記各メッシュ毎に熱伝導方程
式を解く第一解析手段(2B)と、第一解析手段(2
B)の結果得られる温度に基づき前記メッシュを各相の
遷移に対応する複数のグループに分割して各グループ毎
に所定の変態解析を行う第二解析手段(2C)とで構成
してある相変態解析装置。
1. A mesh dividing means (1C) for dividing the shape of an object into a plurality of meshes, and an analyzing means for solving a heat conduction equation and analyzing a phase transformation for each of the meshes divided by the mesh dividing means (1C). (2) a phase transformation analysis device, wherein the analysis means (2) comprises: a first analysis means (2B) for solving a heat conduction equation for each mesh; and a first analysis means (2).
A second analysis means (2C) configured to divide the mesh into a plurality of groups corresponding to the transition of each phase based on the temperature obtained as a result of B) and to perform a predetermined transformation analysis for each group; Transformation analyzer.
【請求項2】 前記解析手段(2)による解析中に前記
メッシュの特定部分の物質又は温度を変更する置換手段
(2D)を設けてある請求項1記載の相変態解析装置。
2. The phase transformation analysis device according to claim 1, further comprising a replacement unit (2D) for changing a substance or a temperature of a specific portion of the mesh during the analysis by the analysis unit (2).
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