MX2012001976A

MX2012001976A - Determinacion de distribucion de propiedad de material para el calculo de vida de fatiga usando modelos a base de porosidad y de espaciamiento del brazo de dendrita.

Info

Publication number: MX2012001976A
Application number: MX2012001976A
Authority: MX
Inventors: Bing Li; Xinyu Zhou; Paul N Crepeau; Qigui Wang; R Arunkumar
Original assignee: Gm Global Tech Operations Inc
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2012-09-07
Also published as: KR20120102522A; KR101355839B1; US8666706B2; US20120232858A1; CN103257214B; CN103257214A; DE102012203435A1; DE102012203435B4

Abstract

Un método para predecir una distribución de propiedades de material de un componente fundido. En una forma, el método incluye aceptar por lo menos uno de los datos de espacio de brazo de dendrita y los datos de porosidad que se han determinado previamente, así como el aceptar los datos de geometría de fundido y los datos geométricos de análisis estructural, calcular las propiedades de material del fundido con base en uno o ambos de los datos de espacio de brazo de dendrita y los datos de porosidad en cada uno de los varios nodos dentro de una malla de diferencia finita o de análisis de elemento finito de fundido y hacer el mapa de las propiedades de material calculadas para los varios nodos de la malla de análisis de elemento finito de parte terminada. El método puede ser usado como una base para llevar a cabo un análisis de fatiga o de durabilidad relacionado sobre el componente.

Description

DETERMINACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE PROPIEDAD DE MATERIAL PARA EL CÁLCULO DE VIDA DE FATIGA USANDO MODELOS A BASE DE POROSIDAD Y DE ESPACIAMIENTO DEL BRAZO DE DENDRITA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención generalmente se refiere a las propiedades mecánicas previstas de componentes fraguados, y más particularmente a los sistemas, a los métodos y a los artículos de manufactura para ayudar a predecir las propiedades de tensión y las vidas de fatiga de las aleaciones de aluminio fraguadas mediante el determinar la distribución de las propiedades del material a través de los componentes fraguados con base en una simulación de proceso de fundido que da cuenta por uno o ambos de los valores de espaciamiento del brazo de dendrita (DAS) y los valores de porosidad.

Las técnicas de simulación numérica (tal como el análisis de elemento finito (nuevamente FEA, algunas veces abreviado FE) y de diferencia finita (FD) ) son usadas para predecir el comportamiento térmico mecánico y el comportamiento relacionado de un objeto que va ser simulado mediante el descomponer o romper objetos grandes, frecuentemente complejos en formas simples y discretas que son asumidas por poseer propiedades homogéneas matemáticamente. Ciertas propiedades por ejemplo, . las propiedades del material son asumidas convencionalmente como que son esencialmente uniformes a través del objeto que esta siendo simulado. Desafortunadamente, muchos de tales objetos no exhiben tal uniformidad en las propiedades materiales. Esto es particularmente prevalerte con caso todos los componentes, en donde (por ejemplo) el espaciamiento de brazo de dendrita ha sido mostrado por tener un impacto significante en tales propiedades del material, ya que el material con espaciamiento de brazo de dendrita más pequeño tiende a tener mejores propiedades mecánicas. Con respecto a los bloques de motor de automóvil, los valores de espaciamiento de brazo de dendrita, los cuales proporcionan indicios de las tasas de solidificación de los componentes fundidos, tienen una tendencia a ser comparativamente bajos en las regiones delgadas o en las regiones con lingoteras (tal como la mampara del bloque) , y relativamente altas en las regiones más gruesas (tal como aquellas adyacentes a las protuberancias de perno de cabeza de bloque) . Como tal, el análisis de la duración y la predicción de vida (tal como el análisis de fatiga o la simulación de fatiga; o la predicción de vida de fatiga) de los componentes fundidos pueden ser comprometidas sin correlación para tales variaciones de material.

En relación al modelado de propiedad de fatiga y de tensión a base de espaciamiento de brazo de dendrita, la variación inherente en las propiedades de fundido resulta por lo menos en parte debido a la solidificación direccional requerida ya que para proporcionar encogimiento de solidificación se requieren gradientes de temperatura que provocan diferencia en el tipo tasa de solidificación. Dado que la micro estructura es sensible a la tasa y tiempo de solidificación, y las propiedades son sensibles a la micro estructura, un diseño de fundido llamado "bueno" siempre produce un gradiente de propiedades. El software de análisis de solidificación convencional reporta propiedades mecánicas para varias aleaciones de metal fundidas solo en la condición como- fraguado, o se usa para determinar la micro estructura con base en la relación funcional con mediciones empericas que a su vez se san para predecir las propiedades mecánicas con base en los resultados de la simulación de solidificación combinados con las entradas de procesamiento y geométricas específicas.

Debido a que todas las partes fundidas son procesadas en una extensión en forma diferente, como base en parte en la preparación de metal (incluyendo, por ejemplo, el contenido de hidrogeno y la inclusión) , las características de fundido particulares (tal como el enfriado o no enfriado) , el enfriamiento de fundido posterior, el tratamiento con calor, la geometría o los similares, cada fundido se lleva a través de un ciclo de desarrollo que termina en un único conjunto de propiedades. Además, la predicción de las propiedades desde los principios fundamentales es muy intensiva desde el punto de vista computacional . En una forma de software de cálculo o modelado de fatiga, la base de datos de propiedad de material lista factores que reducen o aumentan la resistencia de fatiga nominal con base en el espaciamiento de brazo de dendrita de parámetros micro estructural local. El software lee un expediente conteniendo un valor de espaciamiento de brazo de dendrita en cada nodo en una malla de análisis de elemento finito, y después computa una resistencia de fatiga ajustada en cada nodo. Tal solución falla en mostrar como la resistencia de fatiga es controlado por el espaciamiento de brazo de dendrita, mostrando en vez de esto como la resistencia de fatiga es controlada por el contenido de porosidad, lo cual solo débilmente se correlaciona con el espaciamiento de brazo de dendrita.

Como tal, hacen falta los sistemas, métodos y artículos de manufactura para dar cuenta exactamente por las variaciones de propiedad de material de los componentes fundidos . En forma similar, el elemento finito y el análisis de esfuerzo relacionado pueden beneficiarse mediante el proporcionar un campo más realista de propiedades mecánicas en cada nodo en la malla de análisis de elemento finito de un componente fundido como una manera de mejorar la exactitud de la simulación.

SINTESIS DE LA PRESENTE INVENCIÓN La presente invención permite una predicción más exacta de la durabilidad y del desempeño de los componentes fundidos mediante el tomar en consideración las variaciones de la propiedad del material a través del componente. La presente invención permite a un modelador el combinar las propiedades estándar de una base de datos de propiedad de material con el espaciamiento de brazo de dendrita o los datos de tiempo de solidificación sacados desde una simulación de solidificación, así como para hacer el mapa de las propiedades en una malla de análisis de elemento finito en una manera más propia. El presente contexto, la formación de mapa incluye el tomar datos (tal como el espaciamiento de brazo de dendrita o similares) sacados desde la simulación de la solidificación en cada nodo en la malla de diferencia finita o análisis de elemento finito y el acoplamiento de este en la malla de análisis de elemento finito terminada. Esto no es sencillo debido a que (como se discute abajo) las coordenadas de nodo y la yuxtaposición geométrica son diferentes en las dos mallas, como lo son las geometrías de parte global. En esta manera, los datos de semilla que pertenecen a los valores de porosidad o espaciamiento de brazo de dendrita específicos de un componente fundido que está siendo modelado se usan para calcular las propiedades a través del componente con base en el valor de porosidad o de espaciamiento de brazo de dendrita.

De cuerdo con una incorporación, un método para predecir una distribución de las propiedades de material dentro de tal componente fundido se describe de manera que las variaciones en las propiedades de material son puestas en mapa a través del componente. El método incluye el aceptar uno o ambos de los datos de espaciamiento de brazo de dendrita y de porosidad, en donde tales datos han sido determinados de un cálculo configurado para proporcionar por lo menos uno de los datos de calidad de fundido, los datos defecto de fúndido y los datos de micro estructura de material. Un ejemplo que puede proporcionar tal cálculo es un software de simulación de proceso de fundido (también llamado de modelado de fundido, de simulación de fundido. o similares) . Los ejemplos comercialmente disponibles de tal simulación de proceso de fundido incluyen MAGMA, ProCAST, EKK, WRAFTS, de cualquier fraguado o similares. Tal software típicamente tiene varios módulos que pueden simular el llenado de molde de fundido, la solidificación, el moldeado de núcleo (soplado) y las funciones relacionadas, las cuales se combinan para determinar la distribución de micro estructuras en el fundido. Los presentes inventores usaron el proceso MAGMA para proporcionar datos de espaciamiento de brazo de dendrita para los fundidos de interés . El método adicionalmente incluye los números de nodo de aceptación así como sus coordenadas nodales correspondientes (por ejemplo, las coordenadas x, y y z desde un sistema de coordenadas Cartesianas) desde la simulación de fundido. Los presentes inventores también han acoplado los resultados de solidificación y los parámetros adicionales en un código de simulación de defecto de fundido para predecir los tamaños de poro. En el contexto presente, un código de simulación de defecto de fundido generalmente usa los resultados de una simulación de solidificación (tal como el progreso del cambio de temperatura durante el enfriamiento y los cambios de densidad relacionados de líquido a sólido) como una entrada para computar detalles tal como la nucleación y crecimiento de porosidad. Este código de simulación de defecto de fundido es el sujeto de la solicitud relacionada, aquí incorporada por referencia en su totalidad, intitulada MÉTODO PARA SIMULAR DEFECTOS DE FUNDIDO Y MICROESTRUCTURAS DE FUNDIDOS que fue presentada el 16 de Diciembre de 2009, dando el número de expediente de solicitud de Patente de la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos de América No. 12/653,606 (asunto de abogado número P008446) propiedad del cesionario de la presente invención. El método también incluye el aceptar los datos de geometría de fundido en donde tales datos de geometría son usados para corresponder a varios nodos de la malla de diferencia finita o de análisis de elemento finito comprendiendo una representación geométrica del componente de fundido con las coordenadas respectivas en un sistema de coordenadas de tres dimensiones. Por ejemplo, este puede tener cada uno de los nodos correspondiendo a una coordenada única {x, y, y z} dentro de un sistema de coordenada Cartesiana. El método también incluye el calcular las propiedades de material del fundido en los varios nodos mediante el tomar en consideración uno o ambos de el tiempo de solidificación y de la tasa de solidificación (los cuales pueden a su vez ser usados para proporcionar los datos de porosidad y de espaciamiento de brazo de dendrita) y también el hacer el mapa de las propiedades de material calculado para los nodos dentro de la malla de análisis de elemento finito. En el presente contexto, las propiedades de material calculadas pueden incluir las propiedades mecánicas (tal como las propiedades de tensión y fatiga. En forma similar en el presente contexto, la formación de mapa de los datos de porosidad y de espaciamiento de brazo de dendrita desde la malla de diferencia finita y de análisis de elemento finito a la malla de análisis de elemento finito de parte terminada significa encontrar los valores de porosidad y de espaciamiento de brazo de dendrita para cada nodo en la malla de análisis de elemento finito de parte terminada desde la malla de diferencia finita o de análisis de elemento finito. La formación de mapas de los valores de propiedad y de espaciamiento de brazo de dendrita sacados desde la simulación de fundido en la malla de análisis de elemento finito de parte terminada no es trivial debido a (1) que las geometrías difieren ya que el metal es maquinado de el fundido para hacer la parte terminada y (2) las mallas difieren para la simulación de solidificación y de análisis de elemento finito estructural. Por ejemplo, Magma usa una malla de diferencia finita compuesta de elementos cúbicos idénticos; los códigos de análisis estructurales de análisis de elemento finito típicamente usan una malla de elementos tetraédricos e irregularmente dimensionados .

Para transferir los resultados desde la malla del código de simulación de fundido a la malla del código de análisis estructural, las mejores coincidencias deben encontrarse entre las coordenadas de los nodos respectivos. Las diferencias inevitables entre las coordenadas deben ser reconciliadas. Parte del método descrito aquí cubre tal reconciliación. Otra parte se refiere al uso de resultados de solidificación como se transfieren a la malla de código de análisis estructural como entrada a ecuaciones para el cálculo de propiedades mecánicas. En esta manera los valores de resultado de solidificación distribuidos son usados para hacer el mapa de las propiedades en sentido de nodo a través de la malla de código de análisis estructural .

Una parte del método de acuerdo a un aspecto de la presente invención lleva a cabo dos funciones principales: (1) hacer el mapa de los valores nodales de el espacio de brazo de dendrita, de la porosidad y/o los datos de una simulación de solidificación en una malla de análisis de elemento finito de parte terminada y corregir errores que pueden surgir de las diferencias entre las geometrías de malla nodal, y (2) calibrar una ecuación de mapeo con datos desde una base de datos de propiedad material y el usar la ecuación calibrada para calcular las propiedades nodales a través de la parte con base en el tiempo de solidificación nodal, la tasa de solidificación, el espacio de abrazo de dendrita o porosidad. Esta formación de mapa y función de calibración (algunas veces mencionada aquí como un MATerial GENeración o MATGEN) incluye, como parte de su primera función, leer el número de nodo y las coordenadas nodales correspondientes (tal como las coordenadas antes mencionadas {x, y, z} en un sistema Cartesiano) . En adición, el MATGEN lee el espacio de brazo de dendrita, la porosidad o la información de solidificación del expediente de datos sacado del código de simulación de proceso de fraguado. Mientras tanto, MATGEN lee en el número de nodo, las coordínales nodales y la conectividad de elemento de la malla de análisis de elemento finito. Para cada nodo en la malla de análisis de elemento finito estructural, ATGEN busca el nodo correspondiente en la malla de análisis de elemento finito o en la malla de diferencia finita en donde el elemento de conectividad es usado para acelerar el proceso de búsqueda. En una forma de opción para MATGEN, si un nodo del elemento esta muy alejado del nodo de objetivo, el código puede dar instrucciones al resto de los nodos en los elementos de no ser buscado. Si el nodo correspondiente no existe, el programa usará la información de conectividad de elemento para encontrar un conjunto de nodos cercanos para interpolar el espacio de brazo de dendrita y los valores de porosidad. En una forma, un método de acuerdo a un aspecto de la invención permite que se han puestos en mapa los datos de simulación de solidificación para una malla de análisis de elemento finito de parte terminada después de lo cual las propiedades en la malla de análisis de elemento finito de parte terminada pueden ser calculadas o puestas en mapa con base en los valores de espacio de brazo de dendrita local, de porosidad o valores relacionados. Los presentes inventores han reconocido que el orden en que éstas dos funciones procedieron no son críticos para la computación adecuada, y como tal pueden invertirse de manera que el calculo de las propiedades con base en los datos de resultado de solidificación puede hacerse en la malla de solidificación, después de lo cual las propiedades calculas en cada nodo de malla de solidificación pueden ponerse en mapa en una malla de parte terminada. En la segunda de estas funciones, cuando el número de nodo correspondiente y el espacio de brazo de dendrita respectivo y los datos de porosidad para la malla de análisis de elemento finito estructural son obtenidas, las propiedades mecánicas de cada nodo son entonces calculadas de las ecuaciones relativas, por ejemplo, de espacio de brazo de dendrita y porosidad para propiedades mecánicas y se sacan a un expediente de resultado con el número de nodo respectivo y las coordenadas {x, y, z}. Este expediente de resultados puede entonces ser usado como el expediente de entrada de las propiedades de material nodal para el análisis de elemento finito para precisamente calcular la vida de fatiga en cada nodo en la parte.

En una forma opcional, la formación de mapa de las propiedades de material aproximadas que corresponden a las coordenadas nodales respectivas de la simulación de malla de parte terminada son combinadas con el esfuerzo determinado y las tensiones antes de llevar a cabo el análisis de fatiga, mientras que en otra forma las propiedades de material aproximadas de mapa son introducidas separadamente en el análisis de fatiga desde las tensiones y esfuerzos determinados. Dicho de otra manera, la integración de malla y la formación de mapa bajo MATGEN pueden tener sus órdenes invertidos, dependiendo de si la formación de mapa de MATGEN es fusionada con los esfuerzos y tensiones nodales. En la situación en donde la formación de mapa bajo MATGEN se lleva a cabo primero, el espacio de brazo de dendrita y los números relacionados en la malla de solidificación son transformados en propiedades nodales, después de lo cual estas son puestas en mapa o de otra manera integradas en la malla de parte terminada. Por tanto, en una forma, los datos de simulación de solidificación pueden ser puesto en mapa para una malla de análisis de elemento finito de parte terminada después de lo cual las propiedades en la malla de análisis de elemento finito de parte terminada pueden ser calculadas o puestas en mapa con base en el espacio de brazo de dendrita local, la porosidad o los valores relacionados.

Como esta actualmente configurado, el programa puede usar los datos de espaciamiento de. brazo de dendrita para predecir ambas propiedades de fatiga y de tensión, mientras que los datos de porosidad pueden ser usados para predecir solo la fatiga, aunque como un mejor previsor de la fatiga que el espacio de brazo de dendrita. En el presente contexto, un modelo se entiende que es un cálculo basado sobre una representación matemática de un conjunto de datos que pueden ser usados para determinar el efecto que tiene un proceso particular sobre las propiedades mecánicas y un objeto que esta siendo estudiado. Tal modelo puede incluir un algoritmo, un programa o una computación relacionada que puede ser llevada a cabo, corrida o de otra manera llevada a realización a fin de producir la representación de datos resultantes. En una forma preferida, el modelo puede ser corrido sobre una computadora digital . Como será apreciado por aquellos expertos en el arte, un sistema de computadora o de procesamiento de datos en general, y una computadora digital en particular, preferiblemente incluyen una entrada, una salida, una unidad de procesamiento (f ecuentemente referida como una unidad de procesamiento central (CPU) y una memoria que puede permanentemente o temporalmente almacenar tal código, tal programa o tal algoritmo en la memoria de la computadora de manera que las instrucciones contenidas en el código son operada mediante la unidad de procesamiento con base en la entrada de datos tal como los datos de salida generados por el código y la unidad de procesamiento puede ser llevada a otro programa o a un usuario a través de la salida. En una forma, una parte de la memoria conteniendo los datos (también llamada la memoria de trabajo) es mencionada como una memoria de acceso al azar (RAM) , mientras que una parte de memoria conteniendo las instrucciones (también llamada la memoria permanente es mencionada como una memoria de solo leer (ROOM) . Un bus de datos o un juego relacionado de alambres y circuitos asociados forma una trayectoria de comunicación de datos adecuada que puede interconectar la entrada, la salida, la unidad de procesamiento central y la memoria, así como cualquier equipo periférico en tal manera como para permitir que el sistema opere como un todo integrado. Tal sistema de computadora se menciona como teniendo una arquitectura von Neumann (también mencionada como una computadora de programa almacenado o de propósito general) .

La información de salida de el dispositivo MATGEN puede ser leída por un código de análisis estructural (incluyendo la fatiga) o por un código de diseño auxiliado por computadora (CAD) (los ejemplos del cual incluyen FESAFE, ABAQUS o Hypermesh) para mostrar las propiedades calculadas en cada nodo. En un ejemplo, el método del programa actual puede generar un expediente de visualización Hypermesh mediante el hacer el mapa de las propiedades de material calculado para una malla de análisis de elemento finito en el formato de texto. Este expediente de visualización puede entonces ser leídos para mostrar las propiedades para cada nodo, empleando un indicio perceptible fácilmente, tal como mediante contornos de color o similares. En forma similar, el MATGEN puede también hacer el mapa del espacio de brazo de dendrita de entrada y los datos de porosidad sobre una malla de análisis de elemento finito.

Opcionalmente , el método incluye el usar ambos el espacio de brazo de dendrita y los valores de porosidad. En una forma preferida, aceptando ambos los datos de geometría de fundido y uno o ambos de los datos de porosidad y de espacio de brazo de dendrita incluye el hacer el mapa adicionalmente de tales datos para los varios nodos dentro de un modelo geométrico comúnmente representado por una malla de análisis del elemento finito. En otra opción, la combinación antes mencionada de los resultados de simulación de fundido con el modelo geométrico de sistema de coordenadas de tres dimensiones comprende el recibir los resultados de la simulación de fundido desde una simulación de fraguado o fundido de llevar a cabo previamente y combinar estos resultados con las coordenadas respectivas desde el modelo geométrico. En otra opción, la combinación puede involucrar el tener los resultados de simulación de fundido para ser generados antes de tiempo (tal como a través del uso de una simulación de proceso de fraguado que está sólo) y después impartir tales resultados en el método para combinar con la representación nodal de los atributos de forma de geometría o los atributos estructurales relacionados del componente de fundido. Como se declaró anteriormente, el sistema de coordenadas de tres dimensiones puede ser usado para representar un sistema de coordenadas Cartesianas convencional {x, y, z} . El método puede además comprender el llevar a cabo un análisis estructural del fundido con base en el mapa de las propiedades de material calculadas a fin de determinar por lo menos una de las propiedades de fatiga y de tensión del mismo.

El método puede además ser configurado de manera que los modelos diferentes pueden descansar sobre formas diferentes de información de propiedad de material desde la base de datos de propiedad y material. Por ejemplo, un primer conjunto de información de propiedad de materiales puede ser necesaria para los cálculos de simulación de solidificación que involucran el tiempo y la tasa, mientras que un segundo juego de información de propiedades de material puede ser usado para las coordenadas nodales del análisis estructura de parte terminada. En forma similar, alguna de la información de la propiedad de material puede ser común de manera que hay un traslape entre los dos conjuntos. En una forma, la simulación de solidificación puede usar los datos termo físicos para la aleación (tal como Cp, conductividad térmica, calor de fusión, viscosidad o similares) , mientras que el análisis estructural puede usar el criterio relacionado con el comportamiento de esfuerzo-tensión (tal como modulo elástico, nu, curva de esfuerzo-tensión, coeficiente de expansión térmica o similar) y el análisis de fatiga confiándose en el criterio de falla (tal como resistencia al rendimiento, resistencia a la tensión última, datos de curva S-N, datos de fatiga de vida de tensión o similares. En el presente caso, los datos de propiedad y criterio de falla son definidos en la base de datos de propiedad y material para un número limitado (comúnmente dos) ubicaciones; el método de la presente solicitud incluye el asignar los datos de propiedad y criterio de falla calculados a otras ubicaciones dentro de la parte terminada que está sufriendo el análisis estructural. En otra forma, puede ser posible el llevar la cabo la formación de mapa de propiedad en tal manera como para hacer el mapa de los valore nodales del comportamiento de esfuerzo-tensión.

De acuerdo a otro aspecto de la invención, está descrito un método para llevar un análisis de fatiga para un componente fundido. Tal análisis sirve como una manera útil para predecir en donde las áreas de esfuerzo en un componente fundido pueden ser ambas suficientemente altas y repetidamente en forma frecuente suficientes de manera que con el tiempo están llevan a la falla del componente. El método de vida de esfuerzo (el cual emplea la curva S-N muy conocida) es un acercamiento ampliamente usado para determinar la fatiga en las industrias automotrices y relacionadas, en donde tal acercamiento puede incluir variantes de dominio de frecuencia y de variantes de dominio de tiempo. En adición a los dominios, el análisis de fatiga puede ser basado sobre números otros factores tal como una iniciación de agrietamiento y propagación (usando cualquiera las suposiciones de carga de esfuerzo multiaxial o uniaxial, por ejemplo) como una manera para mostrar como la transmisión pobre del esfuerzo desarrollado en las discontinuidades locales puede llevar a la falla de fatiga. En el presente contexto, un análisis de vida de fatiga en base en micro mecánicas, un modelo, un calculo similar es uno que preferiblemente emplea una computadora digital (tal como se discutió anteriormente para usar un elemento finito o un acercamiento nodal relacionado para simular el comportamiento de una parte, en donde "micro mecánicos" se refiere generalmente a los cálculos matemáticos con base en una o más fases individuales o componentes químicos que acumulativamente constituyen una aleación o compuesto. Como tal, los modelos de vida de fatiga a base de micro mecánicos (por ejemplo, ecuaciones) descritos aquí consideran la posibilidad de la ocurrencia de defectos y características de micro estructura en la aleación de aluminio las cuales predicen una vida de fatiga de la aleación de aluminio bajo una carga multiaxial del mismo. El método incluye el determinar una distribución de propiedad de material dentro de un fundido, proporcionando una entrada de parámetro relacionada a la fatiga adentro de un método de análisis de fatiga y el calcular una o más propiedades de fatiga del componente. La distribución de propiedad del material puede ser determinada mediante el combinar los resultados de simulación de fundido desde una simulación de proceso de fundido previa con una simulación de estructura termal multidimensional para producir un mapa de las propiedades de material del componente que esta siendo fundido, y combinar éste con uno o más de los valores de porosidad y de espacio de brazo de dendrita que se han usado para el calculo de propiedad de material respectiva. Desde esto, una distribución de propiedades de material dentro de el mapa se llevo a cabo mediante el aplicar los valores de porosidad o de espacio de brazo de dendrita apropiados a los resultados de simulación de fundido después de lo cual la distribución de las propiedades de material pueden ser metidas dentro de una simulación estructura con una carga de servicio a fin de llevar a cabo un análisis de durabilidad de fatiga en donde uno o más de los valores de durabilidad de fatiga tal como un factor de seguridad asociado con el componente de fundido basado sobre la distribución de las propiedades de material puede ser determinado.

Opcionalmente, las ecuaciones de las propiedades de material a base de espacio de brazo de dendrita pueden ser simplemente calibradas usando las propiedades de material medidas en dos ubicaciones de la parte que exhibe valores de espacio de brazo de dendrita diferentes. Un componente tal como al que el dispositivo y el método de la presente invención pueden ser particularmente aplicables es para el bloque de motor, en donde ambas las regiones delgadas (y sus valores de espacio de brazo de dendrita bajos concomitantes) y las regiones gruesas (con valores de espacio de brazo de dendrita correspondientemente altos) están presentes. En una opción más particular, los valores muestreados (o semillas) son tomadas de una parte del componente que es posesivo de las propiedades de material más altas y de espacio de brazo de dendrita más pequeña, así como de un lugar que demuestra la más baja de las propiedades de material y el espacio de brazo de dendrita más grande. En esta manera, las constantes de los modelos de propiedad de material a base de- espacio de brazo de dendrita pueden ser calibradas (o de otra manera interpoladas) usando los valores de éstas dos ubicaciones extremas. En otra opción, las propiedades de las ubicaciones clave en la parte pueden ser asumidas, con base, en por ejemplo, una especificación de propiedades mínimas en ubicaciones en donde éstas son convenientemente medidas . Tal característica permite a los modeladores el determinar la duración de fatiga del componente a las propiedades permisibles más baja que pueden existir ahí. El procedimiento de formación de mapa de propiedad descrito en párrafos previos es usado en forma acorde para calcular las propiedades nodales a través de la parte que son consistentes con las propiedades asumidas de tales ubicaciones clave. Será apreciado por aquellos expertos en el arte que aún cuando las características de la presente invención están descritas aquí como siendo aplicables a un bloque de motor, éstas son útiles para determinar las distribuciones de propiedad de material para otros componentes fundidos también.

De acuerdo a otro aspecto de la presente invención, esta descrito un artículo de manufactura. El artículo incluye un medio utilizable por computadora con un código de programa que puede ser leído por computadora embebido ahí para predecir una distribución de las propiedades de material de una aleación fundida de tal manera que esta puede ser usada en una computadora de propósito general tal como se discutió anteriormente. En forma específica, tal código de programa que puede ser leído por computadora incluye partes para hacer que la computadora: acepte las coordenadas nodales de una representación geométrica de el objeto fundido; acepte los datos de aleación de fundido para el objeto fundido; acepte uno o ambos de los valores de porosidad y de espacio de brazo de dendrita que se han determinado desde una simulación de solidificación de fraguado, de un programa o calculo relacionado; hacer el mapa de los resultados de simulación de fundido (uno o ambos de los valores de espacio de brazo de dendrita y de porosidad) para las. coordenadas nodales; aceptar los modelos de propiedad de material (por ejemplo, ecuaciones) para un material que corresponde a la aleación fundida y determinar las propiedades de material para la aleación fundida en cada una de las coordenadas nodales . Mediante la presente construcción del artículo, estas partes varias pueden cooperar para formar un mapa del objeto fundido que puede a su vez ser usado para generar las propiedades de material distribuidas (por ejemplo. , nodales) que pueden ser subsecuentemente usado para un análisis de fatiga u otro acercamiento de predicción mecánica o estructural.

Opcionalmente, la parte de código de programa que puede ser leído por computadora del artículo de fabricación es adicionalmente capaz de hacer que la computadora entregue las propiedades de material determinadas a un programa de predicción de fatiga (por ejemplo. , análisis de fatiga) . En esta manera, la operación subsiguiente del programa de predicción de fatiga es usada para determinar las propiedades de fatiga en la aleación de fraguado y en objeto con base en las propiedades de material distribuidas que se han calculado por el código de programa que puede ser leído por computadora de la presente invención. Como se apreciara por aquellos expertos en el arte, un sistema de computadora (tal como aquel descrito arriba en conjunción con los aspectos previos) puede hacerse para cooperar con el artículo para el propósito de determinar de otra manera predecir las propiedades de material de un fundido, llevar a cabo análisis de fatiga sobre tal fundido, u otros cálculos. En general, un modelo de durabilidad de fatiga (por ejemplo, ecuación) usado en conjunción con el mapa de propiedades de material discutido aquí predice los factores de seguridad o de vida de fatiga locales en el componente.

Otra opción es el tratar como entrada al método de formación de mapa de las propiedades de material distribuidas previstas por un método de programa de computadora independiente. Un ejemplo de tal método de programa, e incorporado aquí por referencia en esta solicitud en forma completa, se titula MÉTODOS Y SISTEMA PARA PREDICIR PROPIEDADES DE FATIGA DE CICLO MUY ALTO EN ALEACIONES DE METAL que se presento el 30 de Julio del 2008, a la que se dio como número de Solicitud de Patente de la Oficina de Patentes de los Estados Unidos de América el número 12/182,314 y que es propiedad del cesionario de la presente invención. Este puede ser útil si el método de predicción de propiedad de material predice la relación entre las propiedades en varias ubicaciones dentro de la parte, pero el valor absoluto de las propiedades precedidas esta en duda. El método de formación de mapa de propiedad descrito en otros párrafos puede en forma acorde ser usado para volver a calibrar las propiedades simuladas independientemente o las propiedades determinadas de otra manera con base en las propiedades medidas, especificadas asumidas o de otra manera arbitrarias determinadas en ubicaciones clave a través de la parte .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La siguiente descripción detallada de las incorporaciones específicas puede ser entendida mejor cuando se lee en conjunción con los dibujos siguientes, en donde la estructura similar es indicada con los números de referencia similares. El expediente de esta patente contiene por lo menos un dibujo ejecutado en color. Las copias de esta patente con los dibujos a color se proporcionaran por la oficina de Patentes y Marcas a solicitud y pago del derecho correspondiente. En relación a los dibujos: La FIGURA 1 es una foto micrografía de una aleación de aluminio fundida con un espacio de brazo de dendrita de 30 micrómetros ; La FIGURA 2 es una foto micrografía de una aleación de aluminio fundida con un espacio de brazo de dendrita de 90 micrómetros .

La FIGURA 3 es un diagrama de bloque de un sistema para determinar las propiedades del material dentro de un componente de fundido de aleación de aluminio de acuerdo a una incorporación de la presente invención; La FIGURA 4A muestra una pantalla de computadora de noción en donde un usuario puede meter varios expedientes que corresponden a la simulaciones de fundido, a las geometrías de análisis de elemento finito, a los espacios de brazo de dendrita en dos ubicaciones dentro de el componente que esta siendo simulado, a las bases de datos de propiedad de material y otra información para el propósito de determinar las propiedades de material en una manera en conjunción con la presente invención.

La FIGURA 4B muestra una base de datos de propiedad de material de noción para un componente particular en el cual la resistencia de tención ultima (UTS) y la resistencia de fatiga son identificadas en las dos ubicaciones que corresponden a las entradas de espacio de brazo de dendrita de la FIGURA 4A; La FIGURA 5 muestra un sistema y un medio que puede ser utilizado por computadora que juntos pueden ser usados para determinar las propiedades de material dentro de un componente de fundido de aleación de aluminio de acuerdo a una incorporación de la presente invención; La FIGURA 6 muestra las ecuaciones de formación de mapa de propiedad para la resistencia de tensión última o la resistencia de fatiga en contra del espacio de brazo de dendrita en sentido de nodo; La FIGURA 7 muestra una distribución de espacio de brazo de dendrita en un bloque de motor prevista por un proceso de código de simulación, transferido a través de MATGEN y exhibido a través de la salida de un código de análisis estructural ; La FIGURA 8A muestra la distribución calculada en formación de mapa de la resistencia de tensión última desde un MATGEN para el bloque de motor de la FIGURA 7.

La FIGURA 8B muestra la distribución calculada y formada en mapa de la resistencia de fatiga de ciclo alto (HCF) a través de MATGEN para el bloque de motor de la FIGURA 7.

La FIGURA 9A muestra una vista cercana de la distribución calculada y de formación de mapa de el espacio de brazo de dendrita cerca de un área de mamparo del bloque de motor de la FIGURA 7.

La FIGURA 9B muestra la distribución calculada y de mapa de los tamaños de poro para una vista de acercamiento del bloque de motor de la FIGURA 7.

La FIGURA 9C muestra la distribución calculada y de mapa de la resistencia última para la vista de acercamiento del bloque de motor de la FIGURA 7; La FIGURA 9D muestra la distribución calculada y de mapa de la resistencia HCF para la vista de acercamiento del bloque de motor de la FIGURA 7; y La FIGURA 9E muestra la distribución de mapa y calculada de los factores de seguridad para la vista de acercamiento del bloque de motor de la FIGURA 7.

Las incorporaciones establecidas en los dibujos son ilustrativas en la naturaleza y no son intentadas para ser limitantes de las incorporaciones definidas por las reivindicaciones. Además, los aspectos individuales de los dibujos y las incorporaciones serán más completamente evidentes y se entenderán mejor con vista a la descripción detalla que sigue.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS INCORPORACIONES PREFERIDAS Los presentes inventores han desarrollado el programa de generación de propiedad de material MATGEN que lee en valores de nivel nodal (o de otra manera acepta, tal como en un formato de texto) desde un software de simulación de proceso de fundido (tal como uno o más de los aquellos mencionados aquí anteriormente) que pueden incluir rutinas para considerar las características tal como los defectos de fundido y micro estructura. En una forma, los valores pueden ser indicativos del espacio de brazo de dendrita y de la porosidad, mientras que en otra, los valores pueden ser cantidades precursoras tal como tasa de solidificación y tiempo de solidificación que son algorítmicamente relacionadas al espacio de brazo de dendrita y a la porosidad. El MATGEN acopla esos valores a una malla de análisis de elemento finito tridimensional o a un modelo geométrico relacionado (tal como aquellos usados en un diseño ayudado por computadora (CAD) o análisis estructural, por ejemplo, ABAQUS, Hypermesh o similares) aplicaciones para contener los números de nodo así como las coordenadas de tres dimensiones {x, y, z} que corresponden aquellos números de nodo del componente que esta siendo estudiado (por ejemplo, un motor de bloque automotriz o una cabeza de cilindro) a fin de hacer el mapa de una distribución en sentido de nodo de las propiedades de material del componente. El programa MATGEN adicionalmente puede hacer el mapa de la información de espacio de brazo de dendrita y de porosidad para cada nodo en la malla de análisis de elemento finito. En forma similar, y en adición a los valores de espacio de brazo de dendrita y de porosidad, un campo en sentido de nodo de las propiedades previstas independientemente, ya sea simuladas o empericas, también puede ser usado como una entrada. Las propiedades mecánicas de material simuladas independientemente o determinadas de otra manera pueden incluir, pero no se limitan a las propiedades de tensión, a la dureza, a la resistencia de fatiga y a la aspereza de fractura. Por tanto, las simulaciones con la salida en la forma de las propiedades mecánicas mismas pueden, a su vez, ser usadas como una entrada adentro del programa de la presente invención. En este último caso, el programa MATGEN de la presente invención actúa para calibrar simulaciones de propiedades mecánicas, éstas últimas las cuales pueden capturar exactamente las diferencias relativas entre una sección y otra pero que usualmente fallan en predecir los valores absolutos de las propiedades. Yendo más adelante, cualquier cosa que correlaciona con las propiedades mecánicas en un componente o parte relacionada y que pueden expresarse en sentido de nodo pueden usarse aquí como entrada al programa de la presente invención, sometido solo a un factor de corrección constante.

Debido a que el modelo de geometría de malla usado en el presente software de simulación de proceso es típicamente diferente de aquel usado en un análisis estructural de elemento finito, los errores pueden resultar, aún en situaciones en donde un programa enlazado es usado para facilitar la integración de las mallas a base de FE y las mallas usadas en la simulación de proceso de fundido. El programa MATGEN de la presente invención puede ser usado para ser un puente entre estos enlaces a fin de proporcionar una base más exacta para estudiar los modos de falla de fatiga de componente de aluminio fundido. Por tanto, la presente invención es particularmente útil (cuando se combina con los algoritmos de análisis de fatiga apropiada para predecir la vida de fatiga de las aleaciones de aluminio fundidas, así como cualquier parte, producto o componente relacionado que esta por lo menos parcialmente configurado de tal aleación.

Como se discutió anteriormente la porosidad y el espacio de brazo de dendrita pueden impactar los niveles de fatiga de los componentes de aluminio fundidos. En relación primero a la porosidad, las propiedades de fatiga de los componentes de aluminio fundidos para un estado de tensión dado son principalmente debidas a la presencia de discontinuidades y en particular, a sus tamaños en los materiales. La resistencia a la fatiga y la vida pueden ser estimadas mediante el tomar en consideración las propiedades a base de porosidad que pueden ser estimadas mediante: en donde C0 y C2 son constantes empíricas las cuales son dependientes del material,. «£CD es el diámetro de circulo de equivalente de defecto (poro) (típicamente medido en metros) , a es el esfuerzo aplicado (medido en MPa) , y ¾ es el limite de fatiga de vida infinito (también medido en MPa) del espécimen. La resistencia de fatiga infinita en Eqn. (1) es determinado usando : en donde Y(aECD) es un factor de corrección de geometría, %(«BCD) es una corrección de cierre de grieta y Keff, h es el factor de intensidad de tensión de umbral efectivo del material. La resistencia de fatiga de vida infinita también se asume para seguir una distribución Weibull dada mediante: en donde PF es la probabilidad de falla (a un número infinito de ciclos) y CD y ß son los parámetros Weibull para la distribución del límite de fatiga de vida infinito. En las aleaciones de aluminio fundidas, el tamaño defecto (poro) sigue bien la distribución de valor de extremo generalizada: en donde µ es el parámetro de ubicación, µ0 es un parámetro de escala y ^es un parámetro de forma. Este acercamiento para predecir las propiedades de fatiga es la materia de la solicitud relacionada intitulada METODOS Y SISTEMAS PARA PRECEDIR PROPIEDADES DE FATIGA DE CICLO MUY ALTO EN ALEACION DE METAL discutida arriba.

Las propiedades de fatiga son frecuentemente mostradas en esquemas S-N; tales esquemas también pueden ser usados para comparar la eficacia de varias predicciones de varios modelos, un ejemplo de los cuales esta basado en los tamaños de poro medianos medidos de las muestras de material para la resistencia de fatiga a base de porosidad. Si el tamaño de poro máximo es usado en el modelo de fatiga, una unión más baja de la curva S-N puede ser prevista, en cuyo caso una mayoría de los puntos de datos de prueba deben estar arriba de una curva prevista. En forma similar, si el tamaño de poro mínimo es usado en el modelo de fatiga, una unión superior de la curva S-N puede ser prevista de manera que una mayoría de los puntos de datos de prueba debe estar debajo de la curva prevista. Uno de los beneficios de la presente invención es el de que esta permite a un modelador el asumir las propiedades arbitrarias a ubicaciones de control dispares (por ejemplo, una mampara y un perno en un bloque de motor) como una base para hacer el mapa de las propiedades auto consistentes a través de la parte o componente que esta siendo simulado. Los datos mostrados en estas figuras dan sustancia a esas propiedades de los modelos a base de porosidad (los cuales pueden estar relacionados a las propiedades modeladas independientemente) que están de acuerdo con los datos de prueba generados por los inventores .

Tales esquemas o ilustraciones geográficas relacionadas por tanto sirven como una manera conveniente para comparar las predicciones (por ejemplo, los modelos de resistencia de fatiga a base de porosidad/vida) con los datos de prueba; además, estos pueden ser llevados a cabo a condiciones de temperatura ambiente y condiciones de temperatura elevada, así como desde diferentes lugares para los componentes fraguados por procesos diferentes. La información resultante muestra generalmente la relación entre la porosidad y la fatiga y más particularmente en donde hay buen arreglo entre la teoría y los datos .

En relación con el espacio de brazo de dendrita, las predicciones para tales valores también pueden ser determinadas a través del uso de modelos apropiados. Refiriéndonos enseguida a la FIGURA 7 en conjunción con la FIGURA 1 y la FIGURA 2 , un esquema de contorno mostrando el espaciamiento de los valores de espacio de brazo de dendrita a través de un bloque de motor simulado 300 esta mostrado. Se conoce que las propiedades de material de las aleaciones de aluminio fundidas dependen mucho del espacio de brazo de dendrita. Como se indicó anteriormente, los valores de espacio de dendrita más pequeños están en evidencia en la ubicación de la mampara de bloque 310 (mostrada como las áreas de color oscuro) y los valores de espacio de brazo de dendrita más grandes en el perno de bloque 320 (mostrado como las áreas de color rojo y amarillo) . Los presentes inventores usan los valores de espacio de brazo de dendrita y los valores de propiedad de material que se han medido en estas dos áreas 310 y 320 como una manera para determinar los valores de espacio de brazo de dendrita unidos superior e inferior a fin de facilitar un ajuste para cualquier modelo de propiedad de material a base de espacio de brazo de dendrita en las regiones intermedias del bloque de motor 310 que están entre dos extremos. Como se discutió anteriormente, tales determinaciones de región intermedia pueden hacerse mediante el interpolar los valores de espacio de brazo de dendrita de semilla en las uniones exteriores con base en las propiedades de material conocido dentro del fundido. Tales propiedades de material conocidas pueden ser tomadas de una base de datos de propiedad de material (por ejemplo, en la forma de una tabla de mirar) que contiene las propiedades de material medidas o especificadas para diferentes aleaciones. Esto permite que cualquier ubicación dentro del bloque de motor simulado 300 o cualquier otro componente, pueda ser calculado con un grado mayor de exactitud que con una simulación que asume propiedades de material constante o relativamente constantes a través de éste. Tal es el beneficio en el sentido de que ayuda a la vida designada de un componente hecho de aleaciones de aluminio mediante el permitir una predicción más exacta de las propiedades de fatiga. Esto puede a su vez llevar a una calidad de producto mejorada y una garantía reducida y costos relacionados reducidos. Las herramientas tal como aquellas de la presente invención pueden además reducir los costos de desarrollo y producción de tales aleaciones de aluminio, en adición a simplificar la medición de fatiga y la prueba de tales componentes.

Refiriéndonos enseguida a la Figura 6, las ecuaciones de formación de mapa de propiedad pueden ser usadas para estimar la resistencia a la tensión y la resistencia a la fatiga con base en el espacio de brazo de dendrita como se mostró. En una alternativamente puramente empírica para modelar independientemente un componente fundido para determinar las propiedades mecánicas, una base de datos que tabula las propiedades de material de interés en las ubicaciones designadas en las partes puede ser empleada. Desde ahí, un campo de solidificación u otros parámetros que son sacados desde o de otra manera determinados por un modelo de solidificación pueden ser combinados con las propiedades tabuladas en las base de datos de propiedad de material como una base para la interpolación o la extrapolación de propiedades estimadas entre o más allá de las ubicaciones designadas conteniendo las propiedades las propiedades tabuladas. Tales propiedades tabuladas pueden en si mismas ser estimadas con base en datos experimentales, especificaciones o experiencia del modelador. En un ejemplo, un parámetro de solidificación pueden ser el tiempo de solidificación (el tiempo para enfriar el componente de líquidos a sólidos) que puede usarse para predecir el espacio de brazo de dendrita. En tal caso, el tiempo de solidificación (convertidos a espacio de brazo de dendrita) puede ser puesta en un mapa a través de componente particular (tal como una cabeza de motor, un bloque u otro componente en donde una base de datos de las propiedades mecánicas tabuladas puede ser recurada) , y tiene la resistencia de fatiga tabulada igualada con el espacio de brazo de dendrita en las ubicaciones designadas (tal como aquellas mostradas en las FIGURAS) a fin de crear un mapa de resistencia de fatiga a través de la parte. En una forma alterna, otras salidas de parámetro térmico comunes, tal como la tasa de enfriamiento (R) y el gradiente de temperatura (G) también pueden ser usados. Como se declaró anteriormente, un campo en sentido de nodo de propiedades independientemente simuladas o propiedades determinadas de otra manera (tal como la tensión, la dureza, la resistencia a la fatiga o la resistencia a la fractura) en parte estando simuladas pueden ser usados como entradas. Tales propiedades simuladas pueden diferir de las propiedades reales solo por una cantidad de calibración constantes que la presente invención sirve para corregir. Desde tal acercamiento empírico, los presentes inventores han usado el espacio de brazo de dendrita como la base para la formación de mapa de las propiedades de un componente fundido simulado. La propiedad de material en mapa "P" en el nodo tiene un valor de espacio de brazo de dendrita de "D" y puede ser expresado por las dos ecuaciones que siguen: en donde la primera (ecuación 5a) es para las situaciones en donde D es mayor o igual a y la segunda (ecuación 5b) para las situaciones en donde D es menos de °l. Como puede verse en la figura, la ecuación 5a corresponde a una parte de línea recta en el extremo izquierdo de la gráfica. Mientras que la ecuación 5b corresponde a la parte de línea arqueada en el extremo derecho de la gráfica. La cantidad exponencial "b" esta representada por la siguiente: b ñl£ (6) Para las aplicaciones de motor automotriz, las ubicaciones (d| p,:> pueden hacerse para corresponder a la propiedad en las mamparas de bloque de motor, mientras que la ubicación Ci>2, 2) puede hacerse para corresponder a la propiedad en los pernos de bloque de motor. El presente acercamiento permite el ajuste de dos puntos predeterminados con una ecuación de fuerza-ley. Para la extrapolación más allá del punto de datos de propiedad superior/ espacio de brazo de dendrita más pequeño, la función se convierte en una línea recta que tiene la misma inclinación que la ecuación de fuerza- ley en ese punto, como se mencionó anteriormente. Esta combinación de ecuaciones ajusta a las siguientes propiedades de fuerza UTS y HCF observadas, particularmente al relacionarse éstas al aplanamiento de la cuerva de línea en los valores de espacio de brazo de dendrita, así como evitar una sobre predicción no realista de las propiedades a valores de espacio de brazo de dendrita pequeños . Se apreciara por aquellos expertos en el arte que la micro estructura de las aleaciones eutécticas e hipereutécticas (las cuales no son dendríticas tal como el espacio de brazo de dendrita puede no aplicar) pueden ser moldeadas por otros factores, tal como la raíz de cubo de el tiempo de solidificación que, como se usó en cierto software de solidificación para la aleaciones hipereutécticas (por ejemplo MAGMASoft) , es proporcional a el espacio de brazo de dendrita. Como tal, el conocimiento del tiempo de solidificación es un precursor para el conocimiento del espacio de brazo de dendrita. En algunos casos, puede ser preferible el emplear el tiempo de solidificación a tasa de solidificación, ya que el primero puede ser menos arbitrario que el último, en donde los datos asociados con el componente en cuestión pueden ser adquiridos en dos tiempos diferentes como una medida de la tasa. Las situaciones en donde las tasas no son constantes, pueden ocurrir excursiones de temperatura (por ejemplo, yendo hacia arriba en donde estas pueden ser enfriadas) .

Refiriéndonos enseguida a la FIGURA 3, un diagrama de bloque mostrando una secuencia 100 de eventos que pueden ser empleados para determinar una distribución de las propiedades de material dentro de un fundido se muestra. Tal secuencia puede ser corrida sobre un sistema de computadora o un dispositivo de procesamiento de datos relacionado. Una parte comienza como un modelo geométrico tridimensional 110 (o una parte de modelo geométrico) creado en un código comercialmente disponible (tal como Unigraphics NX, Autocad 3D o similares. En forma similar, un modelo geométrico de fundido 115 es creado comúnmente; tal modelo incluye provisiones para material adicional que eventualmente serán máquinas fuera en la parte terminada que están representadas por el modelo geométrico 110. En una forma típica, el modelo geométrico fundido 115 es un subproducto del modelo geométrico de partes 110. Como puede verse en la Figura, el proceso se divide en dos trayectorias, una primera de las cuales asegura que el modelo geométrico de fundido 115 es transformado mediante un código comercialmente disponible en una malla de puntos o nodos caracterizados por las coordenadas nodales de malla de fundido 120A que son típicamente una malla de análisis de elemento finito o de diferencia finita representa cubos. Un código de solidificación 130 acepta que la malla de análisis de elemento finito o de diferencia finita 120A junto con la malla de componentes de fundido adicionales (por ejemplo, un molde de fundido) y las condiciones de limite 125, más los datos de propiedad termo físicos de una base de datos de propiedad de material 150. Como se discutió anteriormente, la base de datos de propiedad de material 150 proporciona datos tres veces en el presente método, incluyendo los datos termo físicos para la simulación de solidificación 130, los datos de esfuerzo-tensión para el análisis estructura 180 y los datos de criterio de falla definidos en dos ubicaciones de componentes separadas para el análisis de fatiga tal y como se mostró en la Figura 4B. Como será apreciado por aquellos expertos en el arte, el comportamiento de cada nodo en la malla de análisis de elemento finito se determina por el comportamiento de los nodos adyacentes. Las condiciones de límite son aquellos nodos en la malla de análisis del elemento finito sobre los que son actuados por los estímulos externos para el componente simulado. Por ejemplo, en la solidificación de fundido, esto puede incluir la resistencia a la transferencia de calor desde el fundido al molde. Una condición de el limite puede ser un estado inicial de un nodo, los ejemplos del cual incluyen las temperaturas del metal y de los varios puntos en el molde en el inicio de la solidificación, los esfuerzos de perno, la carga de inercia de otros componentes, los eventos de combustión o similares. La simulación de solidificación 130 es comúnmente precedida por una simulación del llenado de la cavidad de molde de fundido para establecer las condiciones térmicas en el inicio del fundido. Ambas la simulación de llenado y la simulación de solidificación 130 pueden ser llevadas a cabo mediante un código comercialmente disponible tal como MAGMA, ProCAST, EKK, WRAFTS, Anycasting o similares. La simulación de solidificación 130 es comúnmente usada para evaluar elecciones hechas en el diseño de la parte desde el modelo geométrico tridimensional 110, en los componentes de fundido relacionados y en las condiciones de límite 125, y en la base de datos de propiedad de material ,150. Los parámetros térmicos generados durante la simulación de solidificación 130 permiten la estimación de mediciones de las características de fundido, tal como el espacio de brazo de dendrita, la porosidad y otras características micro estructurales. Tales resultados son tabulados en contra de los nodos numerados en la simulación de fundido 120A en, por ejemplo, un expediente de texto que puede ser leído por computadora. La solidificación es simulada por dos razones. Primero, este es usada para la evaluación del diseño de fundido, el cual en adición a el suministro de maquinado extra, incluirá compuertas, correderas y columnas, y el efecto del diseño del molde también. En segundo lugar, se usa para la evaluación del diseño de parte, ya que frecuentemente la geometría de parte es cambiada debido a que las características opcionales en el fundido no siempre, por si mismas eliminan todos los efectos perjudiciales que pueden surgir cuando un diseñador de componente se acerca al límite del fundido particular.

En la segunda de las dos trayectorias discutidas anteriormente, es creada una malla de puntos o nodos para la parte fundida terminada, que se caracteriza por las coordenadas nodales 120B con la geometría espacial no cúbica para la simulación de análisis de elemento finito. Estas coordenadas nodales de malla de análisis de elemento finito de parte terminada 120B pueden ser muy diferentes de las coordenadas nodales de malla de diferencia finita o de análisis de elemento finito de fundido 120A. Por ejemplo, la malla de análisis de elemento finito de parte terminada.120B incluye la información de coordenada nodal del componente una vez que todas las operaciones de fundido posterior y de fundido se han llevado a cabo. Como se discutió abajo, la reconciliación de estas dos coordenadas nodales de malla diferente 120A y 120B introducirán errores que serán necesarios que se corrijan. Un código de modelado estructural en la forma de un análisis estructural o de análisis de elemento finito estructural 180 acepta como entradas las coordenadas nodales de malla de parte terminada 120B junto con las condiciones de limite térmico y de carga de parte 185, más los datos de la base de datos de propiedad de material 150. El resultado del análisis estructural 180 es una representación de los esfuerzos y tensiones 190 que son tabulados en contra de las coordenadas nodales en la malla de parte terminada 120B. El análisis estructural 180 es comúnmente repetido bajo múltiples condiciones de carga y térmicas de la parte fundida, representando, por ejemplo, diferentes segmentos del ciclo de trabajo de un motor. Los esfuerzos y tensión máxima y mínima de simulaciones repetidas bajo diferentes condiciones de operación sirven para establecer las condiciones de carga de fatiga, las cuales son implícitamente incluidas los esfuerzos y tensiones 190. El análisis estructura 180 acepta la malla de parte terminada 120B junto con las condiciones de limite térmico y de carga 185, más los datos de propiedad mecánica de la base de datos de propiedad de material 150. El resultado es una representación de esfuerzos y tensiones 190 que son tabulados en contra de las coordenadas nodales en la malla de parte terminada 120B.

Un código de integración de malla 140 (tal como el software de MAGMALink u otro software disponible comercialmente relacionado) acepta las coordenadas nodales de malla de parte terminada 120B y las coordenadas nodales de malla de fundido 120A (estas ultimas de las cuales se han operado mediante la simulación de solidificación 130 para producir los resultados de porosidad y de espacio de brazo de dendrita correspondientes) , y los valores calculados de el espacio de brazo de dendrita y la porosidad que corresponden las coordenadas nodales de la parte terminada. Como se menciono anteriormente, el calculo comúnmente contiene errores debido a que las coordenadas nodales de la malla de fundido 120A pueden no coincidir algo con las coordenadas nodales de la malla de parte terminada 120B; tal disparidad puede deberse (por ejemplo) a la simplificación geométrica de una representación del fundido como una colección de cubos. Esta diferencia, aún si es ligera, puede aún generar números remotos en algunos nodos. Como tal, es ventajoso el corregir los valores sobre estos nodos mediante el usar el algoritmo de formación de mapa que forma por lo menos una parte de la presente invención.

El programa de formación de mapa resultante de simulación (por ejemplo MATGEN) 160 acepta los resultados del código de integración de malla 140 que contiene los valores de espacio de brazo de dendrita nodales (y relacionados) y corrige los errores de integración que pueden surgir afuera de las diferencias en las coordenadas nodales de malla de diferencia finita y de análisis de elemento finito de fundido 120A y las coordenadas nodales de malla de análisis de elemento finito de parte terminada 120B. El MATGEN 160 también acepta datos desde la base de datos de propiedad de material 150 y calcula las propiedades nodales cuya salida es tabulada en contra de los nodos numerados en las coordenadas nodales de malla de parte terminada 120B. Ambas las coordenadas nodales corregidas y las propiedades nodales están mostradas como 200A y pueden verse como la culminación del cálculo por lo menos de una aproximación de las propiedades de material para corregir respecto de las diferencias en sentido nodal en la información de propiedad de material recibida así como la formación de mapa de estas propiedades de · material aproximadas con respecto a las coordenadas nodales de la simulación de malla de parte terminada. Estas propiedades nodales pueden ser subsecuentemente metidas al análisis de fatiga 170 o a un paso de procesamiento posterior relacionado usado para determinar la propensión a la que el nodo en cuestión fallara. El análisis de fatiga 170 toma todos estos datos así como los esfuerzos y tensiones nodales 190 del análisis estructural 180, y calcula los factores de seguridad nodal, como se mostró en el punto 200B. Como tal, las coordenadas nodales de parte terminada de 200B incorporaran todas las informaciones de porosidad y de espacio de brazo de dendrita nodal y las propiedades nodales 200A.

El código de análisis de fatiga 170, el código CAD o el programa de base de FE relacionado pueden ser usados a fin de permitir los esfuerzos y tensiones simuladas 190 en cada nodo de la parte terminada para ser interpretados por el diseño de componente u otro usuario. Un método común de interpretación es el de calcular los factores de seguridad de fatiga que son generados en 200B. Por vía de ejemplo, las capacidades de formación de mapa del resultado de simulación de MATGEN 160 pueden generar un expediente de visualización de Hypermesh mediante el mapeo de las propiedades mecánicas calculadas para una malla de análisis de elemento finito en el formato de texto. El código de Hypermesh pueden entonces leerse en el expediente y mostrar las propiedades mecánicas para cada nodo mediante algunos indicios visuales fácilmente aparentes, tal como el contorno de color o algún otro acercamiento relacionado. Como se describió anteriormente, el MATGEN 160 tiene la capacidad de formar el mapa del resultado nodal desde la malla de diferencia finita o de análisis de elemento finito para otro, aún cuando en algunas circunstancia el programa de integración de malla 140 puede ya haber hecho algo del trabajo. En algunos casos (no mostrados) los resultados del MATGEN 160 pueden ser funcionados con aquellos de los esfuerzos y tensiones calculados 190 antes de llevar a cabo el análisis de fatiga 170, mientras que en otros (como se mostró en la figura) estos pueden ser introducidos dentro del análisis de fatiga 170 separadamente en otras palabras, la integración de malla 140 y la formación de mapa bajo MATGEN 160 puede tener sus ordenes invertidos dependiendo de si el MATGEN 160 es fusionado con los esfuerzos y tensiones nodales 190. En la situación en donde el MATGEN 160 es llevado a cabo primero, el espaciamiento de brazo de dendrita nodal y los números relacionados en la malla de solidificación son transformados en propiedades nodales, después de lo cual éstas son puestas en forma de mapa o de otra manera integrados en la malla de parte terminada.

Refiriéndonos enseguida a la FIGURA 5, esta mostrado un sistema 300 (el cual puede ser referido como un sistema de procesamiento de datos de sistema de computadora o similar) que puede ser usado para llevar a cabo los métodos de la presente invención. En adición a determinar una distribución de material y de propiedades mecánicas o estructurales relacionadas en un componente hecho de la aleación de aluminio fundida, el sistema 300 puede predecir una vida de fatiga del componente. El sistema 300 incluye una unidad de procesamiento 310 (la cual puede estar en la forma de uno o más microprocesadores) de uno o más mecanismos para la entrada de información 320 (incluyendo un teclado 320A, un ratón 320B u otro dispositivo tal como un receptor de reconocimiento de voz (no mostrado) , una pantalla de exhibición o una salida de información relacionada 330, un medio que puede ser leído por computadora 340 que puede incluir una memoria de información en la forma de una memoria de acceso al azar (RAM) 340 (también llamada memoria de masa, la cual puede ser usada para el almacenamiento temporal de datos) y una memoria de almacenamiento de instrucciones en la forma de una memoria de solo leer (ROM) 340B y unos medios de código de programa que pude ser leído por computadora (no mostrados) para procesar por lo menos una parte de la información recibida en relación a la aleación de aluminio. En una forma particular, los medios de código de programa que pude ser leído por computadora son un modelo de vida de fatiga de base-micro mecánica que es cargado en la memoria de solo leer 340B. La unidad de procesamiento 310 es capaz de interpretar las instrucciones desde los medios de código de programa aún que puede ser leído por computadora, así como procesar los datos y controlar otros dispositivos dentro del sistema 300. Como se entenderá por aquellos expertos en el arte de computadoras, el sistema 300 puede adicionalmente incluir los conjuntos de chip adicionales así como un bus y el alambrado relacionado para llevar datos y la información relacionada entre la unidad de procesamiento 310 y otros dispositivos (tal como la entrada antes mencionada, la salida y los dispositivos de memoria) dentro del sistema 300. Al recibir los medios de código de programa cargados en la memoria de solo leer 340B, el sistema 300 se convierte en una máquina de propósito específico configurada para predecir las varias distribuciones de propiedad de material para un componente en una manera de acuerdo a la presente invención.

El sistema 300 esta configurado a través de la entrada 320 para recibir por lo menos uno de la información en relación a la aleación de aluminio y la información en relación a un estado de tensión presente en la aleación de aluminio, esta información acumulativamente mencionada aquí como "información recibida" . Tal información puede relacionarse a características de micro estructura detalladas de la aleación de aluminio incluyendo las estadísticas de probabilidad de tales características en el evento de que éstas se han dependientes de parámetros asociados con variaciones estadísticas de las composiciones de aleación, fundido, solidificación o similares. En cualquier caso, esta información puede ser proporcionada por varios medios de mediciones incluyendo las mediciones metalográficas convencionales que pueden ser usadas con las estadísticas de valor extremo (EVS) y las funciones de distribución acumulativas para . caracterizar los defectos de fundido y las características de micro estructura. Será apreciado por aquellos expertos en el arte que hay otras maneras para recibir datos e información relacionada e información relacionada además del acercamiento de entrada de manual mostrado en la entrada 320 (especialmente en situaciones en donde grandes cantidades de datos están siendo metidas) y que cualquier medios convencionales para proporcionar tales datos en orden para permitir la unidad de procesamiento 310 que opere sobre esto esta dentro del alcance de la presente invención. La información de salida 330 esta configurada para llevar información en relación a la aleación de aluminio a un usuario (cuando, por ejemplo, la salida de información 330 esta en la forma de una pantalla como se mostró) o a otro programa o simulación. El medio que puede ser leído por · computadora 340 coopera con la unidad de procesamiento 310 y el modelo de vida de fatiga de base micro mecánicas para predecir la vida de fatiga de la aleación de aluminio mediante el procesar la información recibida. La información relativa a la aleación de aluminio llevada por la salida de información 330 incluye la vida de fatiga de la aleación de aluminio prevista por el modelo de vida de fatiga.

Refiriéndonos enseguida a la FIGURA 4A y a la FIGURA 4B en conjunción con la FIGURA 3, la salida 330 (en la forma de una computadora o una pantalla de entrada de datos relacionada) muestra los resultados de una forma de información que esta siendo metida. En adición al ratón convencional 320B o al teclado 320A de entrada (como se mostró en la FIGURA 5) , una incorporación preferida puede tener la información que va ser metida en la forma de una interfase de usuario gráfica (GUI) que puede permitir, en adición a la entrada de datos manual mediante el teclado de caracteres, el oprimir menús o similares, la entrada de la pantalla digital o de datos directamente sobre la salida 330. Refiriéndonos con particularidad a la FIGURA 4A, la información recibida que puede ser cargada en la simulación o programa puede incluir los resultados de simulación de fundido 330A (los cuales contienen los valores de porosidad y de espacio de brazo de dendrita y la información de nodo de la simulación de solidificación 130) , un expediente de análisis de elemento finito estructural (con coordenadas nodales y tridimensionales y la información de conectividad de elemento como se mostró en la FIGURA 3 como parte de las coordenadas nodales y los esfuerzos y tensiones nodales 190 que vienen del análisis estructural 180) 330B, los expediente de entrada de porosidad 330C y las propiedades de espacio de brazo de dendrita en varias ubicaciones dentro del fundido 330D, así como una habilidad para el examen a través de una lista de expedientes relacionados a cada uno de por lo menos la simulación de fundido, la geometría y la porosidad. En una forma, las propiedades de espacio de brazo de dendrita en varias ubicaciones dentro del fundido 330D pueden ser metidas manualmente identificando el espacio de brazo de dendrita apropiado (o la porosidad, o el tiempo de solidificación o similar) valores en las dos ubicaciones de componente de interés que tienen las propiedades de material definidas (tal como las propiedades de material de criterio de falla) . Esto puede hacerse en conjunción con otros pasos, tal como el tener a un usuario el inspeccionar el resultado de la simulación de solidificación 130 y determinar que es el espacio de brazo de dendrita en las dos ubicaciones de interés. En forma similar, los tipos de material de aleación de aluminio 33OF y las bases de datos de propiedad de material 330G (los cuales son la salida de la base de datos de propiedad de material 150) también pueden ser metidas así como el proporcionar la capacidad para importar 330H o editar 3301 una base de datos de propiedad de material. De estos dos últimos, la base de datos de propiedad de material de importación 33OH funciona como un botón de "adelante" haciendo que el MATGEN 160 lea los datos de criterio de falla de la base de datos de propiedad de material del 330G, mientras que la capacidad de datos de editar material 3301 ofrece una funcionalidad para modificar manualmente los valores de propiedad de material.

Todos los campos mostrados en ambas la FIGURA 4A y en FIGURA 4B son usados como entrada adentro del análisis de fatiga 170 de la FIGURA 3.

Refriéndonos enseguida a FIGURA 4B, el cálculo de las ecuaciones de propiedades de material a base de espacio de brazo de dendrita pueden ser logradas mediante el tomar las propiedades de material predeterminadas desde dos ubicaciones de un bloque de motor de aluminio fundido u otra parte con valores de espacio de brazo de dendrita diferentes. Como se indicó el UTS y la resistencia de fatiga de estas dos ubicaciones puede ser determinada experimentalmente o mediante otros medios . Refiriéndonos a la FIGURA 7, el valor de espacio de brazo de dendrita más alto es alrededor de 56 y la ubicación de la protuberancia de perno mientras que el valor más bajo es de alrededor de 22 en la ubicación de la mampara. Tomando en consideración estos dos valores de espacio de brazo de dendrita y las propiedades de material medidas en las dos ubicaciones como se mostró en la FIGURA 4B, las constantes de la ecuaciones a base de espacio de brazo de dendrita pueden ser fácilmente calibradas.

Como se indicó anteriormente en conjunción con la FIGURA 5, los valores de propiedad de la base de datos de propiedad de material 150 y del espacio de brazo de dendrita simulado 330D en las ubicaciones correspondientes sirven como constantes en las ecuaciones de formación de mapa de propiedad de la FIGURA 6 que transforman los valores de espacio de brazo de dendrita nodales de la simulación de solidificación de fundido 130 de la FIGURA 3 en propiedades mapeadas para las coordenadas nodales. Refiriéndonos de nuevo a la FIGURA 4A, una vez que un componente particular y sus propiedades inherentes se ha seleccionado para meterse adentro del sistema 300, estos pueden ser usados para el análisis de fatiga y de durabilidad estructural mediante el seleccionar un conjunto apropiado de propiedades de material para cada nodo que es producido en la malla de análisis de elemento finito con esfuerzos y tensiones identificados como 190 en la FIGURA 3. Como se apreciara por aquellos expertos en el arte, varias propiedades de material que pueden ser leídas en el código de simulación desde la base de datos de propiedad de material 150 pueden incluir módulos de elasticidad, la proporción Poisson's, UTS, resistencia al rendimiento, coeficientes de resistencia de fatiga, exponentes de resistencia de fatiga, inclinaciones, coeficientes de ductilidad de fatiga, exponentes de ductilidad de fatiga y puntos de datos de esfuerzo-vida así como información dependiente de la temperatura .

Los métodos y el artículo de manufactura discutido aquí que incluyen las rutinas computacionales, los programas o simulaciones de acuerdo a la presente invención adicionalmente pueden ser configurados para cooperar con o incluir los medios de código de programa que pueden ser leídos por computadora par predecir una vida de fatiga de una aleación de aluminio bajo una carga cíclica. Por ejemplo, como se discutió anteriormente, estos pueden además incluir el predecir la vida de fatiga de la aleación de aluminio con el sistema de base de computadora de acuerdo a procesos de los medios de código de programa que pueden ser leídos por computadora. En una incorporación, los medios de código de programa que pueden ser leídos por computadora usados para simular la distribución de propiedades de un material del componente de fundido pueden usarse con el modelo de fatiga. Tal modelo de fatiga puede incluir segmentos de código o módulos para permitir el calculo de la fatiga de ciclo bajo, de la fatiga de ciclo alto (ya sea en la forma de variantes de eje único o variantes de ejes múltiples) u otros serán menos relacionados con la fatiga. Las consideraciones relacionadas con la fatiga adicionales también pueden ser evaluadas o de otra manera tomadas en consideración, incluyendo los planos de corte críticos y la amplitud de tensión de corte máxima relacionada, los factores de daño, la amplitud de tensión normal, la amplitud de esfuerzo de corte, la amplitud de esfuerzo normal, los factores de endurecimiento, el coeficiente de resistencia de fatiga, el coeficiente de ductilidad de fatiga, el exponente de resistencia de fatiga y el exponente de ductilidad de fatiga, el valor de no proporcionalidad, micro estructural, propiedades termo físicas y mecánicas, tamaño de grano, tamaño defecto, fracción de volumen de defecto, valor de modulo corte, proporción Poisson, y valores de modulo Youngs .

Refiriéndonos de nuevo a la FIGURA 3, lo siguiente explica como los datos de MATGEN 160 pueden ser usados para llevar cabo el análisis de fatiga 170. En el inicio, varios tipos de datos de material son requeridos en el análisis de fatiga actual 170 d los componentes estructurales. Tales datos pueden ser tomados (por ejemplo) de la base de datos de propiedad de material discutida arriba. Estos datos pueden incluir el UTS, el coeficiente de resistencia cíclica ("K"), el exponente de endurecimiento de resistencia cíclica (n' ) , el coeficiente de resistencia de fatiga , el exponente de resistencia de fatiga (b) y los datos de curva S-N (los cuales pueden incluir las resistencias de fatiga a ambos ciclos de diez mil y de 10 millones) . En la práctica, los datos de prueba de material disponibles son solo de las ubicaciones limitadas y un componente debido al volumen de material requerido para la prueba. Por ejemplo, en una base de datos de propiedad de material típicamente empleada por el cesionario de la presente invención, los datos de prueba son usualmente desde dos ubicaciones típicas, tal como la protuberancia de perno de cabeza y cubierta para una cabeza de cilindro de motor automotriz y una protuberancia de perno de cabeza y mampara (tal como el área de muñón de cigüeñal) para un bloque de cilindro de motor automotriz. Estas dos ubicaciones usualmente representan los números de espacio de dendrita alto y bajo respectivamente. Los datos de material para la tercera ubicación típica representando el número de espacio de brazo de dendrita medio también pueden usarse para ciertos componentes dentro del fundido, y una situación de ejemplo, puede ser un área de la cubierta de agua formada en el bloque de motor automotriz) .

En un análisis de fatiga convencional, un analista requiere el identificar subjetivamente una conexión entre las ubicaciones de componente particular y las identificaciones de material y después adoptar uno de los varios procedimientos usados en el análisis. Tales procedimientos incluyen el llevar a cabo el análisis de fatiga una vez con los conjuntos de nodo agrupados en la malla de análisis de elemento finito de parte terminada con base en el material identificado. Los comportamientos de material en tal procedimiento son asumidos en forma no exacta para ser los mismos para los nodos en cada una de las varias zonas. En otro procedimiento, el análisis de fatiga es corrido múltiples veces mediante el asignar los mismos datos de propiedad de material a cada nodo en la malla de análisis de elemento finito completa cada vez; mediante el asumir en forma no exacta que cada nodo es posesivo del mismo comportamiento de material, este acercamiento sufre del mismo problema que el primero. Además, tal acercamiento requerirá múltiples repeticiones de análisis así como un aumento concomitante en el procesamiento posterior y el reporte de los resultados de análisis de fatiga.

Por contraste, el acercamiento de la presente invención acepta la entrada de datos de material que representan dos ubicaciones que tienen una tasa de solidificación alta y baja y un tiempo de solidificación (o espacio de brazo de dendrita o porosidad relacionado) extremos, como se discutió anteriormente en conjunción con la FIGURA 6. En forma similar, una distribución producida por un código de simulación de proceso (tal como la distribución de espacio de brazo de dendrita asociada con la simulación de solidificación 130) puede ser usada, mostrando tales valores en cada uno de las coordenadas nodales de malla de diferencia finita o de análisis de elemento finito de fundido del componente simulado. El MATGEN 160 reciben estos resultados de simulación de proceso en sentido de nodo y los datos de material (tal como se identifico en la FIGURA 4B para dos (ubicaciones) , y calcula los datos de propiedad de material en sentido de nodo. En esta manera el MATGEN 160 esencialmente toma una base de datos de propiedad material identificado en dos nodos (o ubicaciones de partes) y lo expande a su base de datos (la cual puede típicamente contener entre cien mil y un millón de nodos) con las propiedades en cada nodo difiriendo de aquellos de sus vecinos como una función de las diferencias en el espacio de brazo de dendrita, en la porosidad o similares. En las situaciones en donde el espacio de brazo de dendrita se usa, tales diferencias se pueden encontrar a través de la interpolación con base en el número de espacio de brazo de dendrita para cada nodo que es presentada en los esfuerzos y tensiones nodales que son tabuladas en contra de las coordenadas nodales 190 del análisis estructural 180.

Con los datos de material en forma de mapas leídos en el análisis de fatiga 170 y el análisis de durabilidad 200B, ambos el factor de seguridad y la vida de fatiga pueden calcularse como una manera para mejorar la exactitud del análisis de fatiga. Las FIGURAS 9A a 9E muestran las distribuciones en un área de mampara del bloque de motor 300 de la FIGURA 7 en la forma de contornos de color de el espacio de brazo de dendrita (FIGURA 9A) , el tamaño de poro (FIGURA 9B) , el UTS (FIGURA 9C) , la resistencia HCF (FIGURA 9D) y los resultados del factor de seguridad (FIGURA 9E) . Por ejemplo, el factor de seguridad previsto con el nuevo acercamiento para la ubicación mostrada en la FIGURA 9E combine bien con los resultados de prueba, en donde los factores de seguridad previstos de 0.87 y de 0.95 están basados sobre el espacio de brazo de dendrita y el tamaño de poro, respectivamente. En la prueba de compañía, los inventores presentes encontraron que no hay falla que se haya encontrado en la ubicación analizada. Esto es encontraste a un análisis tradicional que hubiera producido un factor de seguridad de alrededor de 0.6. , lo cual correspondería indicar una alta posibilidad de falla.

Aún cuando el volumen de la presente descripción se refiere a simular un fundido, se le apreciara por aquellos expertos en el arte que tal simulación puede ser extendida a cualquier parte fabricada. En esta manera, las propiedades simuladas o precedidas independientemente discutidas arriba son aplicables a partes sin importar su método de fabricación siempre que haya un conocimiento (empírico o simulado) del proceso para la distribución de la estructura relacionada de la propiedad o de las propiedades mismas. Por ejemplo, las simulaciones de la distribución de la porosidad en las partes de metal en polvo pueden usarse como una base para la formación de mapa de propiedades. En forma similar, hay simulaciones para partes de metal en polvo que directamente predicen las propiedades . Tal campo de propiedades previstas puede usarse como una entrada al programa de la presente invención, el cual puede a su vez calibrar y afinar las propiedades previstas.

Se nota que las recitaciones aquí de un componente de una incorporación estando "configurada" en una manera particular o para abarcar una propiedad particular, o función en una manera particular son recitaciones estructurales en oposiciones a recitaciones de uso intentado. Más específicamente, las referencias dadas aquí a la manera en la cual un componente es "configurado" denotan una condición física existente del componente y, como tal debe tomarse como una recitación definida de los factores estructurales del componente. En forma similar, para los propósitos de describir y definir las incorporaciones dadas aquí se noto que los términos "esencialmente" , "significativamente" y "aproximadamente" son utilizados aquí para representar el grado inherente de incertidumbre que puede atribuirse a cualquier comparación cuantitativamente, valor, medición u otra representación, y como tal puede representar el grado al cual una representación cuantitativa puede variar de la referencia declarada sin resultar en un cambio de la función básica de la materia específica en examen.

Habiendo descrito las incorporaciones de la presente invención en detalle, y mediante referencia a las incorporaciones específicas de la misma, se apreciara que las modificaciones y variaciones son posibles sin departir del alcance de las incorporaciones definidas en las reivindicaciones anexas. Más específicamente, aún cuando algunos aspectos de las incorporaciones de la presente invención son identificados aquí como preferidos o particularmente ventajosos, se contempla que las incorporaciones de la presente invención no están necesariamente limitadas a estos aspectos preferidos.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un método para hacer el mapa de una distribución en sentido de nodo de las propiedades de material dentro de un componente fundido, dicho método comprende: configurar un sistema de computadora para comprender una entrada de datos, una salida de datos, por lo menos una unidad de procesamiento y por lo menos una memoria que contiene datos y una memoria que contiene instrucciones que cooperan una con otra a través de una trayectoria de comunicación de datos ; recibir como entrada dicho sistema de computadora las coordenadas nodales que corresponden a ambas una simulación de malla de parte terminada y una simulación de malla de fundido; recibir como entrada para dicho sistema de computadora la información de propiedad de material desde una base de datos de propiedad de material; recibir como entrada dicho sistema de computadora información pertinente a por lo menos uno de los componentes de simulación de solidificación y condiciones de límite; determinar los valores para por lo menos uno de tiempo de solidificación y tasa de solidificación con base en dicho por lo menos uno recibido de los componentes de simulación de solidificación y condiciones de limite y dicha información de propiedad de material recibida en cada nodo de dicha simulación de malla de fundido; integrar dichos valores determinados con dichas coordenadas nodales desde dicha simulación de malla de parte terminada; calcular por lo menos una aproximación de las propiedades de material a través de un algoritmo que corrige las diferencias en sentido de nodo en dicha información de propiedad material recibida; y hacer el mapa de' dichas propiedades de material aproximadas con las coordenadas nodales respectivas de dicha simulación de malla de parte terminada.

2. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho determinar los valores para por lo menos uno del tiempo de solidificación y de la tasa de solidificación comprende el determinar por lo menos uno de un espacio de dendrita y de porosidad con base sobre el tiempo de solidificación determinado y la tasa de solidificación.

3. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicha información de propiedad de material recibida es también usada como entrada en la determinación de los esfuerzos y tensiones nodales en un análisis estructural de dicha simulación de malla de parte terminada.

4. El método tal y como se reivindica en la cláusula 3, caracterizado porque además comprende combinar dichas propiedades de material aproximadas en mapa que corresponden a dichas coordenadas nodales respectivas de dicha simulación de malla de parte terminada con dichos esfuerzos y tensiones determinados como parte de un análisis de fatiga.

5. El método tal y como se reivindica en la cláusula 4, caracterizado porque dichas propiedades de material aproximadas en mapa corresponden a dichas coordenadas nodales respectivas de dicha simulación de malla de parte terminada y son combinadas con dichos esfuerzos y tensiones determinados antes de llevar a cabo dicho análisis de fatiga.

6. El método tal y como se reivindica en la cláusula 4, caracterizado porque las propiedades de material aproximadas en mapa corresponden a dichas coordenadas nodales respectivas de dicha simulación de malla de parte terminada que son introducidas separadamente al análisis de fatiga desde dichos esfuerzos y tensiones determinados.

7. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho algoritmo que corrige las diferencias en sentido de nodo es una información de propiedad de material recibida que comprende interpolar las propiedades de material entre una región de número de espacio de brazo de dendrita alto de dicho componente de fundido y una región de número de espacio de brazo de dendrita bajo de dicho componente de fundido.

8. El método tal y como se reivindica en la cláusula 7, caracterizado porque dicho algoritmo que corrige las diferencias en sentido de nodo en dicha información de propiedad de material recibida emplea una primera ecuación para dicha región de número de espacio de brazo de dendrita alto y una segunda ecuación para dicha región de número de espacio de brazo de dendrita bajo.

9. Un método para llevar a cabo un análisis de fatiga para un componente de aleación de aluminio fundido, dicho método comprende : aceptar la información nodal desde la simulación de fundido de dicho componente fundido; aceptar dicha información de propiedad de material desde una base de datos de propiedad de material; determinar los valores para por lo menos uno de la tasa de solidificación y del tiempo de solidificación para dicha información de propiedad de material aceptada en cada nodo de dicha información nodal de dicha simulación de fundido; aceptar la información nodal desde una representación de parte terminada de dicho componente fundido; aproximar las propiedades de material de las coordenadas nodales respectivas de dicha representación nodal de parte terminada con base en los valores determinados de dicha simulación de fundido; usar un algoritmo que toma en consideración por lo menos uno de la porosidad y del espacio de brazo de dendrita como una manera para corregir errores presentes en dichas propiedades de material aproximadas; asignar a dichas propiedades de material corregidas a nodos dentro de dicha representación nodal de parte terminada; meter dichas propiedades de material corregidas en un modelo de fatiga; y calcular por lo menos un valor de fatiga para dicho componente fundido

10. Un artículo de manufactura que comprende: un medio que puede ser utilizado en computadora teniendo un código de programa que puede ser leído por computadora embebido ahí para predecir una distribución de las propiedades de un material de una aleación de fundido, dicho código de programa que puede ser leído por computadora en dicho artículo de manufactura comprende: una parte de código de programa que puede ser leída por computadora para hacer que dicha computadora acepte por lo menos uno de los valores de tasa de solidificación y de tiempo de solidificación que sean determinado desde un calculo de simulación de fundido para dicha aleación de fundido; una parte de código de programa que puede ser leída por computadora para hacer que dicha computadora acepte la información de propiedad de material para un material que corresponde a dicha aleación de fundido; una parte de código de programa que puede ser leída por computadora para hacer que dicha computadora asigne valores que corresponden a dicha por lo menos una de la tasa de solidificación y del tiempo de solidificación a las coordenadas nodales respectivas de dicha representación de simulación de fundido de dicha aleación de fundido; una parte de código de programa que puede ser leída por computadora para hacer que dicha computadora use dicha información de propiedad de material y dichos valores asignados de dicha por lo menos una de tasa de solidificación y de tiempo de solidificación para aproximar las propiedades de material a las coordenadas nodales de una representación de parte terminada de dicha aleación de fundido; y una parte de código de programa que puede ser leída por computadora para hacer que dicha computadora haga el mapa de valores de dichas propiedades de material desde dichas coordenadas nodales que corresponden a dicha representación de fundido para las coordenadas nodales de dicha representación de parte terminada de manera que dichas propiedades de material aproximadas en cada una de dichas coordenadas nodales de dicha representación de parte terminada son ajustadas para dar cuenta de las variaciones en dichos valores asignados de dicha por lo menos una de la tasa de solidificación y del tiempo de solidificación dentro de dicha aleación de fundido. R E S U M E Un método para predecir una distribución de propiedades de material de un componente fundido. En una forma, el método incluye aceptar por lo menos uno de los datos de espacio de brazo de dendrita y los datos de porosidad que se han determinado previamente, así como el aceptar los datos de geometría de fundido y los datos geométricos de análisis estructural, calcular las propiedades de material del fundido con base en uno o ambos de los datos de espacio de brazo de dendrita y los datos de porosidad en cada uno de los varios nodos dentro de una malla de diferencia finita o de análisis de elemento finito de fundido y hacer el mapa de las propiedades de material calculadas para los varios nodos de la malla de análisis de elemento finito de parte terminada. El método puede ser usado como una base para llevar a cabo un análisis de fatiga o de durabilidad relacionado sobre el componente.