JP2651297B2 - 鋳物凝固解析装置 - Google Patents
鋳物凝固解析装置Info
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- JP2651297B2 JP2651297B2 JP3226312A JP22631291A JP2651297B2 JP 2651297 B2 JP2651297 B2 JP 2651297B2 JP 3226312 A JP3226312 A JP 3226312A JP 22631291 A JP22631291 A JP 22631291A JP 2651297 B2 JP2651297 B2 JP 2651297B2
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Description
【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
解き凝固解析する解析手段とからなる鋳物凝固解析装置
に関する。
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
解き凝固解析する解析手段とからなる鋳物凝固解析装置
に関する。
【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、鋳物が凝固するまでの時間分
布の導出や引け巣予測を行う解析手段とから構成してい
た。
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、鋳物が凝固するまでの時間分
布の導出や引け巣予測を行う解析手段とから構成してい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来技
術では、ダクタイル鋳鉄における黒鉛の球状化の程度を
評価することができないという欠点があった。汎用的な
鋳造方案では、数多く得られている実際の実験データに
基づき類推評価ができるのであるが、例えば、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、
鋳造時に黒鉛の球状化率を高く維持する必要があるとこ
ろ、実際の実験データが極めて少ないために品質のよい
鋳造方案を迅速に作成することが困難である。本発明の
目的は上述した従来欠点を解消する点にある。
術では、ダクタイル鋳鉄における黒鉛の球状化の程度を
評価することができないという欠点があった。汎用的な
鋳造方案では、数多く得られている実際の実験データに
基づき類推評価ができるのであるが、例えば、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、
鋳造時に黒鉛の球状化率を高く維持する必要があるとこ
ろ、実際の実験データが極めて少ないために品質のよい
鋳造方案を迅速に作成することが困難である。本発明の
目的は上述した従来欠点を解消する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による鋳物凝固解析装置の特徴構成は、前記
解析手段による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評価手段を設けて
あることにある。前記評価指数は、含有元素の成分と、
凝固時間と、一定体積に対する未凝固体積の比とを変数
とする関数であることが好ましい。
め、本発明による鋳物凝固解析装置の特徴構成は、前記
解析手段による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評価手段を設けて
あることにある。前記評価指数は、含有元素の成分と、
凝固時間と、一定体積に対する未凝固体積の比とを変数
とする関数であることが好ましい。
【０００５】
【作用】含有黒鉛の球状化の程度には、凝固過程の影響
が大きく寄与することが過去の実験データから判明して
いる。即ち、鋳造品の冷却曲線から得られる各部の凝固
時間や冷却過程における未凝固域の分布から球状化の程
度が推定できることに着目して、評価手段は、解析手段
による解析結果から得られるそれらのデータに基づき、
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。その評価指数から想定している鋳造方案で製造され
る鋳造品の品質を評価することができる。ここで、評価
指数は、含有元素の成分と、凝固時間と、一定体積に対
する未凝固体積の比とを変数とする関数で求められた値
とすれば精度のよい評価ができることが経験的に判明し
ている。
が大きく寄与することが過去の実験データから判明して
いる。即ち、鋳造品の冷却曲線から得られる各部の凝固
時間や冷却過程における未凝固域の分布から球状化の程
度が推定できることに着目して、評価手段は、解析手段
による解析結果から得られるそれらのデータに基づき、
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。その評価指数から想定している鋳造方案で製造され
る鋳造品の品質を評価することができる。ここで、評価
指数は、含有元素の成分と、凝固時間と、一定体積に対
する未凝固体積の比とを変数とする関数で求められた値
とすれば精度のよい評価ができることが経験的に判明し
ている。
【０００６】
【発明の効果】本発明による鋳物凝固解析装置によれ
ば、含有黒鉛の球状化の高い高品質の鋳造品を製造する
ことができる方案を、迅速に作成できるようになった。
ば、含有黒鉛の球状化の高い高品質の鋳造品を製造する
ことができる方案を、迅速に作成できるようになった。
【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不純物
元素の含有量により異なるもので、実際に実験結果等か
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。
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不純物
元素の含有量により異なるもので、実際に実験結果等か
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。
【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。
をいう）に蓄積される熱量Ｑは数１で表される。
【０００９】
【数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。
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。
【００１１】
【数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。
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。
【００１３】
【数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。
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。
【００１５】
【数４】
【００１６】ここで、ｌi1，ｌb1は節点ｉ，ｂから面Ｓ
b までの距離で, ｌi1／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
Ｔc ，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。
b までの距離で, ｌi1／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
Ｔc ，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。
【００１７】
【数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。
（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。
【００１９】
【数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。
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。
【００２１】
【数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。
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。
【００２３】
【数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。
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。
【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＞，＜＃７＞。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＜＃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＜＃１２＞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，Ｂｉ，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＞。
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＞，＜＃７＞。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＜＃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＜＃１２＞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，Ｂｉ，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＞。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】鋳物凝固解析装置のブロック構成図
【図２】メッシュ分割される鋳造物の方案図
【図３】潜熱放出の説明図
【図４】フローチャート
【図５】メッシュのグループ分割表
【図６】冷却曲線を示す特性図
１Ｃ メッシュ分割手段 ２ 解析手段 ２Ｅ 評価手段
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 昭60−244845（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−26039（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【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
解き凝固解析する解析手段（２）とからなる鋳物凝固解
析装置であって、 前記解析手段（２）による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評価手
段（２Ｅ）を設けてある鋳物凝固解析装置。 - 【請求項２】 前記評価指数は、含有元素の成分と、凝
固時間と、一定体積に対する未凝固体積の比とを変数と
する関数で表される請求項１記載の鋳物凝固解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226312A JP2651297B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 鋳物凝固解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226312A JP2651297B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 鋳物凝固解析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566207A JPH0566207A (ja) | 1993-03-19 |
| JP2651297B2 true JP2651297B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=16843229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3226312A Expired - Lifetime JP2651297B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 鋳物凝固解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2651297B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200050715A1 (en) * | 2018-08-09 | 2020-02-13 | Dassault Systemes Simulia Corp. | Performance and Accuracy of Stability Explicit Diffusion |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3226312A patent/JP2651297B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0566207A (ja) | 1993-03-19 |
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