反应塔冷却系统设计中数值模拟的应用论文五篇

第一篇：反应塔冷却系统设计中数值模拟的应用论文

0引言

闪速炉是一种冶炼设备，能够高效处理一些粉状硫化矿物。这种设备主要由精矿喷嘴、反应塔、沉淀池以及上升烟道四个部分组成。反应塔主要位于沉淀池的上方，其中进行熔炼反应。反应塔的长期环境都是高温，受到烟气与熔体的双重冲涮，会受到比较严重的腐蚀。工作人员为了减少反应塔受到的损害，使用冷却系统对反应塔进行降温。现对反应塔冷却系统设计中的数值模拟情况进行分析，并总结如下。

1数值模拟的建立

反应塔中的反应过程非常复杂，尤其是高温烟气与炉外空气之间的热传递，其中发生的反应是高温烟气与炉体内壁的对流，内部温度的平衡，以及辐射换热等。反应塔中这种反应，需要热量的相互传递，还会受到内部材料热量的影响。冷却系统的作用，能够实现冷却水与冷却元件之间的热量置换[1]。这个过程具有结构和传热机理方面的对称性，从实际上分析冷却单元之间，并没有热量的转换。工作人员要通过炉体冷却单元进行建模，其三维模型要采用fluent软件进行计算。在本次研究中，主要应用的模型是热传导模型，选取控制容积法进行运算。该模型的研究对象是反应塔炉体，要深入分析其对称性，然后选取一半冷却单元作为研究对象，分析需要求解的集合模型，对几何模型网格划分进行分析。

2计算结果与分析

工作人员要在实际生产中，选取常用的工艺参数冷却水量2.5t/h(对应进水速度为1.5m/s)，进水温度为25℃。基于此，要进行分析和计算，建立冷却单元三维数值模型，分析求得Z=0面的温度场分布。从计算结果进行分析，冷却单元的冷却效果良好，工作人员不仅能对冷却元件进行局部设置，还能够控制冷却元件周围的耐火材料区域温度。针对冷却元件和烟气接触面的温度，冷却元件具有较好的降温效果，能够促进内壁挂渣的形成。这是冷却元件常使用的功能之一。在实践中，低温区域能够延长耐火材料的寿命，并促进反应塔挂渣的形成，确保反应塔得到更好的保护。工作人员在数值的模拟计算中，还能得出冷却水的出水温度为31.4℃，温升为6.4℃。根据这个冷却水热量，其释放了8876W，冷却单位损失的热量为8900，冷却水带出热量占总的热损失量的99.73%。根据此，冷却单元的热量主要是被冷却水带走，很少会通过外壁散热，所以在冷却系统设计中，冷却水带出热量的计算非常重要。在这个过程中，要促使钢板维持在较高的温度，不会影响反应塔的使用性能。冷却水带出的热量，会因为冷却水的进水速度的增大而增大。但是这种增加的情况比较微小，很难分辨。尤其在冷却水进水速度将至0.525m/s以下，冷却水带出热量一直恒定。由此可以得知，冷却强度会随着冷却水量的变化保持不变，从Q=cmΔt可知，冷却水的出水与进水温差与冷却水的进水量成反比。上图的曲线，符合这种比例关系。工作人员在冷却水的进水速度减少的情况下，要把握冷却水进水温差和出水温差，避免水温过高。所以在冷却系统的设计中，不能将冷却水量设计的太小[3]。冷却水带出热量与冷却水进水温度的关系，工作人员能够推测出，冷却水进水温度的增加，会降低冷却水带出热量减小。如果减小的幅度比较小，或是温度没有变化，那么冷却单元的冷却强度会随着冷却水温度的变化保持不变。

3结语

数值模拟在反应塔冷却系统设计中，要进行建模计算，更加准确研究冷却系统，主要的结果是冷却单元的效果较好，能够促进反应塔内壁挂渣的形成。冷却水会带走冷却系统的散热损失，关键是设计与计算冷却单元冷却水温升带出热量。工作人员针对冷却系统的总循环水量与温升，以及冷却单元的冷却强度与冷却水的进水温度，都需要深入的分析，找准关系，增加冷却强度。在本次研究中模型忽略了反应塔内壁挂渣的影响，挂渣的形成机理以及挂渣对反应塔冷却系统的影响，所以在反应塔的冷却系统研究中，要将其当作下一步工作。

第二篇：多媒体在模拟电子技术教学中的应用论文

多媒体在模拟电子技术教学中的应用

穆占彪宁夏西吉县职中 电子

摘要：模拟电子技术是电类专业的一门重要的专业基础课，其理论性和实践性都很强，长期以来，就造成了学生感到入门很难,教师也抱怨该课程难讲。随着多媒体技术的普及，人们利用多媒体技术进行教学已经成为教学体系中的一个重要环节。下面我就将“多媒体在模拟电子技术教学中的应用”体会作一阐述，并且对多媒体技术在电子技术教学应用中存在的弊端与提出的几点建议。

关键词：电子技术；多媒体教学；传统教学

模拟电子技术是电类专业的一门比较重要的专业基础课，因为理论性和实践操作性都很强，对于初次接触的学生来说，该课程全新的知识体系肯定是陌生的，因此很难轻松的掌握严格的理论和实践相结合的分析处理手段，从而产生畏惧心理，对于听课但无法及时掌握知识的学生，容易处于急躁或迷茫的状态，以致于学生学得索然无味，缺乏学习的积极性。而另一方面，传统的教学方法使得老师们也感觉有些力不从心，很头疼。随着现代教育技术的进一步推广以及素质教育的深入实施，多媒体技术已广泛进入课堂。多媒体教学具有直观形象、声画并茂、视听结合、生动有趣的特点,能为学生创设良好的学习情境,并以境激情、以境引趣、以境助学、以境促知,使学生学得快,理解得透,从而达到事半功倍的教学效果。所以,在电子技术教学中充分利用多媒体是教学改革的必然。很显然，多媒体教学手段在激发学 1

生学习兴趣、开发学生智力、提高课堂效率、优化课堂结构方面确实起到了关键作用。那么，在课堂教学中，怎样才能科学合理地设计和组织好多媒体教学活动，获得理想的教学效果成为现代教学中的关键问题。

现根据以西安电子科技大学出版社出版、江晓安老师编写的《模拟电子技术基础》为脚本，结合使用课件教学的体会，探讨多媒体课件的有效使用方法和其产生的问题及建议。

一、充分发挥多媒体声画并茂的教学优势

（一）画的使用使教学变得生动和直观

《模电》）被公认俱到多、精讲提练少；各种组态电路多、功能电路少为电子技术基础课中的难点。各种分析计算无一漏挂，但却缺乏浓缩提炼。也就是说模拟电子技术课程有大量的相对复杂而抽象的概念，在这样的知识面前，再生动的语言和平面的板书，都显得十分苍白，如果把难懂的概念变成具体的可观察的画面、图形，从而把过度抽象的知识直观演示出来，将会事半功倍。

如关于P-N结的形成及单向导电性教学、晶体管和场效应管内部载流子运动过程等涉及到器件内部结构中载流子的运动，相对比较抽象，利用传统的教学手段总是不能使学生很好的理解，现在可通过动画直接给出内部的载流子的具体运动情况，使得讲授和学习变得生动和直观。而对于一个基本放大电路中各点的瞬时电流、电压是如何围绕着静态工作点随着输入信号变化而变化等这些内容，以往我们在课堂上给学生描述时感到既费时又费力，现在借助多媒体课件后，只需

通过动画就能动态地演示各点的瞬时电流、电压围绕着静态工作点随着输入信号变化的情况以及当静态工作点变化时输出波形失真情况。.这样，学生就能对这部分内容形成一个完整、清晰的概念，从而使得这部分内容讲起来变得轻松和省时。

（二）多媒体仿真软件的使用以及理论与实践的联系更加密切理论性强是模拟电子技术课程的一个显著特点，以往很多同学直到课程学完都还不能真正理解放大电路的实际应用，觉得那只是书本上的东西，每次就在纸上根据公式计算静态和动态参数，而对于电路在现实生活中的应用却知之甚少。实践性教学给学生提供一个消化、理解、应用理论知识的环境，同时也是知识创新的环境，是培养学生分析和解决实际问题能力的有效途径。如在放大电路的内容讲解的过程中利用功能强大的仿真软件，软件如PROTEL99SE，Proteus 6 Professional，PROTE2004 sp2 dxp等来仿真既使得学生对电路中各种元件的作用有深刻的认识，又会让学生对小信号的放大有更直观的了解。在电子技术高速发展的今天，新电路、新电子器材不断涌现，也不会因实验条件限制而无法及时地满足各种实验的需要。通过仿真实验，学生不但巩固了学过的基本原理，学习了电路的调试方法，而且掌握了先进的计算机电子线路的设计方法和技术。

而在我们讲授有关各种集成运算放大和功率放大及直流稳压电源等教学内容时，可以加入一些具体的实际应用的电路的图片和影像，并对这些用电路进行分析讲解，通过多媒体课件可以这些章节中的具有代表性的问题作较详细的讲解来提高学生分析解决问题的能

力，并可通过一些基本放大电路的一般设计方法的讲解，来提高学生的实践能力。

由于这些关于电子技术的发展过程，和具体的电路形式都较为复杂，在传统的授课形式下，受课时限制很难得到很好满足。现在我们通过多媒体课件的图文并茂的特点，来满足学生的好奇心和求知欲，极大的激发学生的学习兴趣，使整个学习的过程变为一种自发，自觉的过程。

二、多媒体教学中存在的弊端

多媒体技术在教学中的作用无可非议,但是在充分肯定的同时,我们必须保持清醒的头脑,认识其本质。无论多媒体的现代化程度有多高,也不可能至善至美,缺陷自然存在。认为其缺乏活质,不具有教师教学艺术的整体性,不能随机应变,无法实现师生的互动,因此,在推广多媒体教学时,不能废弃口授教学。以下就对多媒体教学中的不足和对策进行详述。

（一）板书消失，教师受限

因为多媒体课件的使用，造成了板书的消失，所有的内容都随着鼠标的点击，一一列出，对于有大量具体分析过程推导的部分，如关于单管放大电路和运算放大电路的分析过程，通过PowerPoint很难使学生加深对具体的分析推导过程的理解。更使得学生无法明确的了解知识点之间的关系和在所在章节中起的作用。教师的整个思维全部受控于PowerPoint的进程，更是无暇顾及在座学生的课堂状态。在使用PowerPoint时，单一的鼠标操作使得教师被限制在课件平台的工作区域内，相对的活动范围也受到了限制，同时也使教师无法生动的表现原有的肢体语言和自由思维发挥带给学生扩展知识的机会。

（二）课程的节奏难以控制

由于多媒体教学具有课前制作，投影方便，转换迅速的特点,容易造成内容偏多的倾向。如对于反馈类型判断部分的讲解，采用幻灯片进行分析虽然有可以省去教学中书写大量电路图的麻烦，但是可能造成学生目不暇接的情况，使其对授课的内容一知半解。

三、多媒体教学的几点建议

（一）在制作课件前，一定要认真深入分析研究教材，明确教学目的，课件设计要做到突出重点、突破难点、形象生动、使学生便于接受。利用计算机集合处理文字、声音、图像、图形、动画等信息的新技术，对知识进行归纳，起到提纲挈领的作用，旁征博引，丰富教学内容，从而大大增加信息量。

（二）课件制作一定要有特点、有个性。根据不同的教学内容，如文科、理科、艺术类、理论课、实验课的不同，采用不同的格式，根据教师与学生的差异，设计不同教学过程，以便做到因地制宜、因材施教。

（三）在重视多媒体教学的同时，不能忽略传统的教学方式，要做到两者有机结合。在分析电路和公式的推导过程中，用传统的板书效果更好。在多媒体的播放过程中一定要注重学生状况，调节课堂气氛，切忌避免“人灌”变“机灌”。

四、结束语

本文以“模拟电子技术”多媒体课件在课堂教学为例，我们在课堂教学上合理使用高品质的多媒体技术；利用多媒体教学和传统教学相结合的方式，使整个教学过程作为一个整体，真正意义上做到教学成为一个使学生获得一定知识，能力的有效手段。

参考文献：

[1]江晓安，董秀锋等.模拟电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.[2]王新,李阳.确立学生主体理念,探讨人才培养途径[J].教育探索,2003,(10).[3]王如玫,石笑寒.关于电气专业基础课教学创新的探讨[J].电力系统及其自动化学报,2002,(6).[4]程清均等.多媒体技术与应用[M].北京:高等教育出版社,1999.

第三篇：高校管理类教学中ERP沙盘模拟应用论文

摘要：俗话说得好：“实践出真知。”任何学科的理论学习都要在经过实践的检验之后才能发挥出其真正的价值。作为具有很强的应用性和实践性的管理类专业，一直以来其教学的局限性就在于理论知识多于实践操作。很多用人单位往往不愿意直接从学校招聘管理类的应届毕业生，而更愿意选择有一定从业经验的人员，就是因为缺乏实践操作的应届毕业生往往需要企业付出很多的心血去栽培。面对这种窘境，ERP沙盘模拟课程应运而生，它突破了高校管理类专业重理论、轻实践的传统教学模式，使在校学生在模拟实践中获得等同于实践操作的能力。

关键词：管理专业；ERP沙盘模拟；应用策略

1引言

传统的教学多以传道授业的模式居多，解惑为少。高校管理类专业的教学与这种传统教学情况不谋而合，教师多是在学校传授给学生理论知识，学生毕业后才能得以把这些书本知识用于实践，中间间隔时间太长，致使实践中许多问题出现。ERP沙盘模拟课程的出现，打破了这种呆板的教学模式，是高校管理类教学中的新突破。

2高校管理类专业教学的传统模式

管理类专业与其他专业相比，最大的不同就是它的应用性和实践性特别强。近年来，高校管理类专业的教师们不断地探索，希望能够寻求到更好的支撑点，使管理类教学的进行更加具有实操性，但是摸索多年后也无外乎是三种教学途径：第一种，搜罗大量的案例，引导学生在课堂上进行相应的案例分析。教师列举出一些发生过的真实案例，由学生进行理论分析，提供可能的处理方案，然后由教师给出实际处理模式，由学生们在课堂上进行讨论分析。第二种，除了由本学校的纯理论教学教师对学生进行授课外，学校再在校外企事业单位聘请一些有实际工作经验的管理人才，到学校给学生上课，这些人具有更多的实践经验，能够在遇到案例时结合自身的经验，给学生进行更加生动的讲解，让学生了解在遇到实际问题时，如何处理问题。第三种，在校学生经过了两年至三年时间理论知识的学习后，由学校和挂钩的企事业单位联系，派遣学生去这些单位实习，希望通过切身的实践操作，让学生更好地消化课堂上学来的理论知识，为未来步入工作岗位做准备。这三种教学模式一直为广大高校的管理专业教学所应用，但是其弊端也非常明显，最主要点就是学生不能真正的切入问题的中心，也就是让学生真正动手操作的地方寥寥无几，仍然停留在纸上谈兵的阶段。针对这种现象，ERP沙盘模拟教学模式在经过广大教师探索多年之后，终于应运而生，成为目前最受广大管理专业的师生欢迎的一种教学模式。

3何谓ERP？

ERP是一组英文的缩写，它的意思是企业资源计划系统，这一系统以大数据信息为基础，以先进的管理思想为指导，通过对企业的内部和外部资源的整合，实现最终的资源优化。管理系统中涉及人员管理、财务管理、产品供销、资金调控及物流信息等多个方面的内容，是目前比较成熟的一个管理软件。ERP沙盘模拟教学就是以ERP作为依托，假设出一个已经经营多年的公司，然后根据ERP系统的设计，把学生分成若干个小组，每个小组分别代表一个ERP机构，并且每个机构都设一个负责人，各个机构之间要进行沟通和联系，共同管理这个假设出来的企业。这种模拟不同于以往的纯理论训练，虽然公司是虚构出来的，但是管理过程却是真实的。运用这种方法进行教学，能大大提高学生的实践操作能力。

4ERP沙盘模拟在高校管理类学生的学习过程中的应用

ERP系统完备，涉猎到企业管理所需要的方方面面。在教学中，沙盘模拟也无须面面俱到，大多数高校管理类专业主要注重从以下四个方面对学生进行教学操作训练。第一，模拟投资角色。投资是任何企业迈向市场的第一步，没有投资就不可能获得市场份额。ERP模拟要求学生针对本企业的运营模式做出相应的市场调研，然后根据市场供求关系制定出投资计划，并且对投资项目要进行合理的评估和预测，还要求投资小组和其他部门进行协调共商，尽量规避投资风险。切忌因为是模拟训练就敷衍应付。第二，模拟筹资角色。一个企业要想在市场上获得长期发展，就必须有一个长期、稳定的资金链供应企业的资金周转，那么这就需要企业有专门的筹资部门，能够做到未雨绸缪，对企业运转过程中的短期、长期经营项目可能面临的资金短缺现象进行及时的资金补充，也就是我们所说的筹资。ERP管理体系中，设有专门的筹资系统，在沙盘模拟中，也需要有专门的小组负责筹资部门，掌握企业的资金数量，通过多种手段确保企业时时能有可供运转的资金。第三，模拟分配角色。良好的分配系统是确保一个企业保持良性循环的根本所在。企业要先获得长远的发展，就必须使企业的人员都能以企业为家，都能具备主人翁精神，而这种精神正是建立在对企业利润的合理分配的基础之上的。ERP沙盘模拟，能够使学生更深入、更真实地感受到企业的利润是如何产生的，并且对如何进行企业内部利润的分配与资金管理进行了很好的整合。第四，模拟综合分析角色。在ERP沙盘模拟训练中，一定会有一个综合分析部门，由这个部门对其他部门提供的数据进行管理、计算，通过对大数据的分析，得出一个综合管理方案，然后对企业的发展前景做出正确的预测。

5结语

随着我国高校管理类专业教学改革的不断深化，传统的教学模式因为与实际操作相脱轨，而逐渐淡出教学的舞台；ERP沙盘模拟教学以其强大的实践功能被广大高校的管理类师生所喜爱。许多用人单位都反馈，经过EPR教学模式训练的学生在实际工作中处理问题的能力更强，学习和接受新知识的速度更快。随着这一教学模式的逐步成熟和完善，越来越多的高校管理类专业将会将其引入到课堂教学中来。

参考文献

［1］黄俊.ERP沙盘模拟实训在财务管理专业教学中的应用与研究初探［J］.管理学报,2014（10）.［2］李右键.浅析ERP沙盘模拟实训教学在高职院校管理类专业课程的应用［J］.学习与实践,2014（12）.

第四篇：游戏设计中数值策划的作用和地位

游戏设计中数值策划的作用和地位

看了看大家的帖子,大多认为数值策划的工作内容不外乎公式设计,数值平衡等等.诚然,这一部分内容是数值策划的重要内容,甚至也是数值策划这一名称由来的原因.但是这只是数值策划工作的一小部分内容,严格的来说,甚至是表象化的内容.那么数值策划的重要工作首先是在哪里哪?.1,游戏中的数据基石

数值策划的重要工作之一,就是建立整个游戏系统的数值和算法框架.有人要说,数据和算法不是程序应该关心的事么,这句话说对了一半,程序怎么会知道游戏中的人物有几个属性,怪物应该如何如何哪?而某某系统又要用到多少数据哪?更不用说比如帮会,技能等系统的某几个数据应该如何如何操作,放到哪里加减乘除,前后操作的顺序流程诸如此类的问题了,策划不说,大家猜着哑迷做游戏么?

那么又有人要问,策划出个详细的文字方案不就好了,至多画个流程图,让程序自己去决定么.话也没错,国内大部分公司都是那么做的,策划整理出文字内容的数据结构说明和操作流程,让程序自己判断和具体实现,但是如此一来,策划对游戏的掌控能力又剩多少哪?将来数据要扩展,思路要修改,又从何下手哪?一般来说,负责系统设计的都是上层策划,对游戏系统的把握和掌控都是感性和理性的,而程序是属于逻辑性的内容,一个小系统的文字方案,交到程序这里,要真正实现到完全体现上层策划的设计理念,估计没有个三五万字是描述不清的,即便描述清楚了,可怜的程序同志还要仔细理解和阅读您老的长篇大论,万一来个文字歧意或者笔误,很可能程序最终实现和上层策划的意图是貌似神离的,所以国内公司在具体游戏制作中需要大量的策划和程序交流,这是一种不科学的做法,假设这是一个外包的策划方案,无法及时交流沟通哪?这时候就需要一个沟通感性/理性的上层策划和逻辑的程序间的桥梁,将所有策划意图数据化,结构化,表述出逻辑内容.使得程序不需要思考如何去实现策划意图,按照数据策划提供的表格化数据结构,公式化表述和程序式描述就可以了.简单来说,数值策划的底层工作就是将上层策划的抽象感性的系统描述具象化逻辑化,做好上层策划和程序交流的通道,在上层策划的方案前提下,配合或指导程序,制定出数据结构和算法流程,并保证其被实施.同时在策划和程序有需要时,迅速为双方提供各自所不了解部分的内容说明,对策划说程序实现,对程序说策划思想,游戏最基本的数据和具体数据流向等,是必须在数值策划全力参与或者主导下完成的.(实际情况是目前很多公司没那么做,比较常见的就是程序包干这一块,策划出个简单文字的,多交流就过去了,其实是很严重的错误,也是为什么策划方案外包困难的重点问题之一)

2,游戏中活力的源泉

说过了游戏的基石,再说说游戏活力的来源,也就是在底层设计时要考虑到的系统灵活性和易用性,什么,你说这和数值策划无关?那么我们来举个例子魔兽世界很有名吧,它提供了一种设计可能,就是npc和怪物功能的互换,比如一个npc对上一句话,它二话不说就轮斧子给你一家伙,然后你砍死它还掉钱

掉物,这个功能可以被用来作为大量任务的表现形式而使用(护送npc,和npc战斗,和怪物战斗后对话,势力的守卫等等)

那么好,主策老大发话了,我们也要!遗憾的是已经到了游戏开发晚期,由于前期出于XXXXX等因素的考虑,可爱的数值策划大人将npc和怪物分为了两个不同的数据存储结构,他们的操作函数各自独立，操作规则也各不相同，甚至因此设计的模型和动作调用方式诸如此类等等完全无法相互转换，那么很遗憾，由于数值策划前期没有考虑到数据结构和操作设计的灵活性，主策大人的意图无法实现，那么。阿门，哈里路亚，安息吧，前数值策划大人。。

我们将上面的意图扩展一下，如果我们能在游戏中将手一指，对一个npc说声变，就把它变成一把刀，然后装备上就去砍人，再一变，刀会说话，会给你个任务接去玩玩，或者干脆长脚自己跑了。。72变不是深化，怎么实现，数值策划的前期设计就很重要了，如果我们前期将npc数据结构，物品数据结构和任务数据结构是分开单独存储的，数据操作也是各自为政的，那么显然实现此功能需要销毁旧目标，产生新目标，那么这个具体程序做法就是这样这样的。而如果我们将所有的物件继承自同一基类，外挂功能函数作为包裹，比如挂上walk()就可以走了，有say()就说话，放个wield()就可以装备，挂个heartbeat()就是npc,那么又是另外一种做法了。对上层策划来说，实现他要求的表现只有一种，而对程序来说，这种表现有无数种实现的逻辑可能，要采样哪一种，怎么用，又应该谁来决定哪？灵活多变还是求稳求快？资源耗费的估算又应该如何哪？等等....背后的努力可以实现丰富多彩的内容，多了解上层策划的意图和程序的总体架构，作出灵活多变的稳定数据框架，不但提供多种游戏表现，还减轻了程序的负担，当然，前提是要你够精通。

3,世界构架和平衡

下面就是大家所熟悉的部分了,世界框架的数据结构搭建和公式调整,各类平衡的计算和维护等等.相关方法也有很多,各自对应不同的环境和情况,相信被大家所熟知,就不在此多说了.4.杂项

由于数值策划的工作比较了解数据底层，一些底层相关密切的系统由数值策划来做比较得心应手，如：怪物AI等等，时间原因不再细述

最后:

本来想举出几个实例来说明,由于最近公司进度吃紧,手头的自己的文档又不方便公开,暂免了,大家有想法意见就留帖交流吧.我这文章实在是写的有点虎头蛇尾了，没说的好多。

另外发几句牢骚,国内公司真那么做的少之又少,公司往往以做项目的方式来管理游戏开发的进度,而甚少用制作艺术品的态度来对待,这是对的,也是错的.而公司管理者又很少能正确认识数值策划的重要性,使的这一职位真正的工作内容被忽视,所谓千里马常有,而伯乐不常有.但是如果我们数值策划自己都没有正确的认知,不去研究重要的工作内容,只顾对着游戏公式和平衡问题冥思苦想,填表格直到双目失明,对自身能力的发展和游戏的制作,都不是一个好消息,阅读数

据结构和各类计算机语言的知识,研究下数据流程,提高自身逻辑思维能力和程序能力,仔细理解上层策划感性的系统文档,同时培养良好的沟通能力等,都是一个数值策划应该做的.什么?除了这些你还学了美术外语文学天文地理......and so on那么,请允许偶叫你老大,你已经是个主策了.

第五篇：数值模拟在大型锻件中的应用

材料科学计算机数值模拟

学院：材料科学与工程学院 姓名：董璠

学号：S12080502011 专业：材料学

数值模拟在大型铸锻件中的应用

摘要：本文首先介绍数值模拟技术在现代制造中的地位和作用，然后举例说明数值模拟在铸造和锻造中的应用，最后介绍数值模拟在铸造和锻造中的应用展望。关键词：数值模拟 铸造 锻造 应用

一、引言

随着计算机技术的飞速发展，人类社会已经步入了信息时代。计算机及网络不仅改变了人们生活方式，也同样改变了传统机械制造的概念与方法。随着计算机辅助技术(CAX)的广泛应用，计算机已经深入到工业生产的各个环节之中。一个现代的产品制造过程可以这样来描述：当接到生产任务时，首先采用CAD(Computer AidedDesign)系统进行产品设计，其设计结果将由CAE(Computer Aided Engineering)系统对其生产工艺的可行性及合理性进行评估，如果其不满足制造要求或所需要成本太高，将返回到CAD系统中进行重新设计：如果通过了CAE的评估，就将采用CAM(ComputerAided Manufacturing)系统进行实际的生产制造。这一生产模式已在工业发达国家得到了广泛的应用。

将产品设计、工艺制定、生产制造及管理中的计算机辅助技术，通过先进的信息技术结合起来，从而达到进一步缩短产品设计、制造周期，提高产品质量，降低成本，增强产品竞争能力的目的是非常有意义的。

二、数值模拟技术的有关介绍

数值模拟技术是CAE的关键技术。通过建立相应的数学模型，可以在昂贵费时的模具或辅具制造之前，在计算机中对工艺的全过程进行分析。不仅可以通过图形、数据等方法直观地得到诸如温度、应力、载荷等各种信息，而且可预测可能存在的缺陷；通过改变工艺参数对不同方案进行模拟分析，可以从各方案的对比中总结出规律，进而实现工艺的优化。数值模拟技术在保证工件质量，减少材料消耗，提高生产效率，缩短试制周期等方面显示出无可比拟的优越性。在工业发达国家，数值模拟技术已被认为是生产中必不可少的一个环节，目前在国内数值模拟技术也早已走出象牙塔，并已在实际生产中取得了巨大成功。

2.1 铸造CAE技术

计算机辅助分析又叫计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，简CAE)，是计算机在铸造行业中应用的一个重要领域。一般来说，它通过建立能够准确描述研究对象某一过程的数学模型，采用适当的可行的求解方法，在计算机上模拟研究对象的特定过程，分析有关影响因素，预测这一特定过程的可能趋势与结果。铸造过程数值模拟技术便属于典型的CAE技术。铸造CAE技术是利用计算机技术来改造和提升传统铸造技术，对优化铸造工艺．缩短试制周期牌低铸件成本、提高铸件质量有着重要的作用，它的应用和推广将为铸造行业带来很大的经挤和社会效益。

1989年，世界上第一个铸造CAE商品化软件-MAGAMsoft在德国第七届国际铸造博览会上展出，它由德国Aachen大学的Sahm教授主持开发，以温度场分析为核心内容，运行于工作站上。二十世纪90年代以来，铸造CAE商品化软件功能逐渐增强，普遍增加了三维流场分析功能，大大提高了模拟分析的精度。但是，由于铸件三维应力场问题复杂、算法难度大，当时认为很难在微机上实现。1993年，日本丰田汽车公司在荷兰的第60届世界铸造会议上发表了用大型计算机进行发动机缸体及轮毂三维残余应力分析的文章，标志着铸造凝固过程应力场模拟仿真分析朝着工程实用化迈出了一大步。目前，德国MAGAMsott等商品化软件已具有三维应力场分析功能。最初，它采用FDM/FEM联合分析的技术路线，即用FDM分析流动场、温度场，用FEM来分析应力场。其中FEM采用商品化的有限元分析软件。现在，正全部改用FDM技术。其它CAE商品化软件的应力场分析绝大多数也采用FEM方法，如美国的Procast，但模拟分析的准确度有待进一步提高。

2.2 三维有限元模拟

根据金属材料非线性本构关系式的不同，三维有限元在金属成形过程模拟中的应用主要分为两大类：弹-（粘）塑性和刚-（粘）塑性有限元。2.2.1 弹-(粘）塑性有限元法

这一方法考虑了金属变形过程中的弹性效应，其理论基础是Prand It-mises 本构方程。它可分为小变形弹塑性有限元法和大变形弹塑性有限元法，前者主要分析金属成形过程中的初期情况，后者应用于变形量发生大变化的后期阶段。它们适用于弹性变形量无法忽略的成形过程模拟，广泛应用于板料成形问题分析。在分析金属锻造成形时，不仅能按照变形的路径得到塑性区的发展状况，工件中的应力应变、温度分布规律及几何形状的变化，而且还能有效地处理卸载等问题，计算残余应力及残余应变，从而可预知并避免产品缺陷。但是，弹塑性有限元法要采用增量方式加载，为了保证计算精度和迭代的收敛性，增量步长不可能太大所以在计算变形问题时，计算量大，且需要较长的时间和较多的费用，效率较低。金属成形过程模拟分析中常用到的基于弹-（粘）塑性本构关系的三维有限元分析软件主要有MARC、ANSYS 等，基本方程基于Lagrange 坐标系。2.2.2 刚-(粘）塑性有限元法 这一方法忽略了金属成形过程中的弹性变形，其基本理论是Markov 变分原理。刚-（粘）塑性有限元法适用于锻造、挤压以及轧制等塑性成形问题的分析中，刚-塑性有限元法通常只适用于冷加工。由于刚-（粘）塑性有限元法是一种基于变分原理的有限元方法，使计算的增量步长可以取得大一些，并且该方法可以用小变形的计算方法处理大变形问题，所以刚-（粘）塑性有限元法克服了弹-（粘）塑性有限元法中计算量大、运算时间长、效率低等不足，使计算程序大大简化，达到了较高的计算效率。但该法由于忽略了金属成形中的弹性效应，所以该方法不能求解弹性问题，也不能进行残余应力计算。目前，刚-（粘）塑性有限元法已成为金属体积成形的主要数值模拟方法。采用刚-（粘）塑性本构关系的有限元分析软件有：ALPID、DEFORM 等，其基本方程基于Euler坐标系。

三、数值模拟在铸造和锻造中的应用

3.1 数值模拟在铸造中的应用实例

MAGMAsoft铸造模拟软件是全球最佳的铸造软件工具，为铸造业改善铸件品质、制造过程条件、降低成本、增加竞争力提供了最优选择。MAGMAsoft是为铸造专业人员实现改善铸件质量，优化工艺参数而提供的有力工具，它运用仿真传热及流体的物理行为，凝固过程中的应力及应变，微观组织的形成，MAGMAsoft可以准确地预测铸件缺陷，改善现有工艺的不足，提高铸件质量。

MAGMAsoft适用于所有铸造合金材料的铸造生产，范围白灰铁铸造，铝合金砂型铸造，到大型铸钢件铸造。可应用于铸造部件设计的开发，最佳工艺方案的优化，缩孔、缩松的模拟，钢水充型过程的模拟，以及热处理过程中应力场的模拟。

铸件为一活塞零件，合金材料为ZLl09G，相当于MAGMA材料数据库中的A1Sil2CuNiMg，其组织致密性要求较高，生产的主要问题是铸件内缩松和缩孔严重，模具为金属模，采用一模一腔，重力铸造。运用MAGMA CAE软件的主要分析流程如下：（1）建模

对于MAGMA分析软件来说，其造型功能比较简单，只能做一些简单的工作，对于形状较复杂的零件一般只能借助一些专用CAD软件，如Pm／e、UGII、CATIA等进行建模，MAGMA在前处理过程中可通过图形接口将*．iges或*．sd格式文件直接读入。（2）前处理

在前处理中主要设置铸件的浇冒口位置及大小、分别设置铸件、砂芯、芯盒、浇El入水口(inlet)、跟踪粒子(tracer)，其中设计跟踪粒子的目的是为了分析液态金属液充填结束后杂质和氧化物的运动情况，预测这些杂质是否在金属液凝固之前能够上浮到铸件主体以外，即铸件内部是否会出现夹杂等缺陷。（3）网格划分(Enmeshment)有限元网格的划分是软件进行分析的基础，而且有限单元的大小很重要，有限单元大，即整体单元密度小，会造成分析结果粗糙，不精确；太小，整体单元密度大，分析时会占用大量机时，而且结果也不一定精确。所以在划分时应根据模型的大小及复杂程度，选择合适的有限单元密度。

Enmeshment是专门用于对三维实体模型进行有限元四面体单元网格剖分的模块，借助于这个模块，用户可以直接对由机械CAD系统所建立的*．stl格式的实体模型进行自动的四面体单元划分，这个模块特别适于包括铸件、铸型等在内的多个部件同时进行网格剖分。

(a)粗略划分的有限元网格(b)稀疏不同的有限元网格

图1 活塞零件有限元网格划分

（4）模拟计算(simulation)网格划分好以后，就可以设置所用的各种材料、边界条件、机床型号，及多种工艺过程参数，尤其是一些生产过程参数的设置可在多次模拟计算中加以优化。在进行分析计算时，首先要确定模具的类型，是金属模(permanentmold)，还是砂模(sand mold)，以及分析的目的是计算充填(calculate filling)、凝固(calculate solidification)，还是应力应变(calculate stress)情况，然后选择合金材料及确定在铸造过程中材料的热物理特性参数，如铸造合金、型砂等，这些参数可直接从标准数据库(database)中得到。工艺及铸造条件，浇注温度，或压铸冲头曲线等则由用户直接输入现场的实际参数。参数确定完以后整个分析模拟过程可以自动展开，在分析计算的过程中可随时返回修改有关参数并重新开始分析计算.（5）分析结果

模拟计算结束后，就可以在后处理模块中看到以颜色三维方式显示的模拟结果，进行模拟结果分析。

根据流体模拟模块MAGMA fill我们可以获得以下信息：铸型充填的方式、金属液在型腔中流动的方向与速度、溶融金属液温度分布及温降情况、溶融金属液压力场分布、在充填过程中可能发生浇不到、冷隔及冲砂的位置、发生潜在夹渣的位置。

3.2 数值模拟在锻造中的应用实例

众所周知，大型锻造用钢锭中一般存在缩孔、疏松、夹杂和偏析等缺陷。这些缺陷的存在会增大材料的消耗，而且可能会影响到后续锻造工序。认识缺陷形成及分布的规律，并进而提出合理的铸锭工艺，对于提高大锻件质量、缩短生产周期、降低材料消耗具有重大意义。从八十年代中期开始，作者与第一重型机器厂合作，对钢锭凝固过程的温度场进行了大量研究，建立了钢锭凝固中传热过程的数学模型。同时对发热剂、保温剂的发热机理进行了深入的探讨，并建立了相应的数学模型。在此基础上开发出一套专用的有限元模拟程序MIPS。MIPS可以分析凝固过程中温度场的分布，确定不同时刻凝固前沿的位置，而且能预测缩孔及疏松的位置及尺寸。使用该程序对一重220吨钢锭的生产工艺所进行的优化，成功地解决了疏松进入锭身的问题。图2显示了工艺改进前后，缩孔及疏松的模拟结果。

(a)原工艺

(b)改进工艺 图2 220吨钢锭上缩孔疏松缺陷的分布

四、数值模拟在铸造和锻造中的应用展望

铸造CAE技术为提高传统铸造行业的产品质量、企业竞争力提供了强而有力的工具，国内采用铸造CAE技术的铸造厂家比倒不大，而国外发达国家采用这一技术的企业比较普遍。随着世界经济的一体化及我国加入WTO，铸造CAE技术将显得日益重要，最近几年铸造CAE软件的应用情况也表明了越来越多的国内铸 造企越来越越重视铸造CAE技术，这将进一步推动铸造CAE技术的发展．从而最终为铸造企业刨造更大的经济和社会效益。

从20 世纪80 年代中期开始，清华大学机械工程系由刘庄教授领导的课题组就一直从事数值模拟技术在大锻件生产上应用的研究，进行了大量有意义的工作。从钢锭浇注、锻件生产及锻后热处理，所进行的研究工作覆盖了大锻件热加工生产的各个环节，完成了可以用于钢锭凝固过程及缺陷预测，锻造过程及工艺优化，淬、回火过程温度及应力场分析的计算程序。通过与各生产厂家的密切合作，这些程序已经在生产中得到了实际应用，计算结果与实际情况相当吻合，充分证明了程序的可靠性。利用这些程序已经对很多实际生产工艺进行了优化，取得了显著的经济效益。

通过近几年的应用实例可以看出，数值模拟在铸造与锻造方面的应用越来越深入，模拟工作逐步从模拟简单零件转向模拟复杂零件，从模拟单工步成形转向模拟多工步成形。通过模拟所解决的问题不再单纯停留在学术上，而更多的与实际相结合，应用于生产之中。

五、参考文献

[1] 应富强，张更超，潘孝勇.三维有限元模拟技术在金属塑性成形中的应用[J].锻压装备与制造技术，2003（5）：10-13.[2] 梁清香、张根全.有限元与MARC 实现[M].北京：机械工业出版社，2003.[3] 王本一，石伟，刘庄.数值模拟技术在大型锻造生产中的应用[J].大型铸锻件，1999（1）：1512.[5] L B．Progress in Solidification Modeling ofCast Iron in China[C]．1999．

[6] Estrin L．A Deeper Look at Casting Solidification Software[J]．ModemCasting．1 994，84(7)：20-24P．

[7] M T'D S．Simulation Software Survey[J]．Modem Casting．1999，89(5)：47．51P． [8] 刘致远．铸造CAE技术的应用，中国铸造装备与技术，2003(6)：44～46.[9] 闻星火，荆涛，贾宝仟等．基于柱坐标系的凝固模拟系统研究[J]．铸造．1 997(1 0)6-9．

[10] Yang B J，liu W T，SU J Y．Simulation and Experimental Investigation ofthe Solidification of Centrifugally—Cast Cylinder Sleeves[J]．AFSTransaction．1 994，l 0(6)：763-768P． [11] Balcheng L’AI S H E．Process in numerical simulation of solidificationprocess of shaped casting[J]．J．of Mater．Sci．Techn01．1995，11(5)：3 12·324P．

[12] 孙慕荣.胡立平.倪利勇.于锁清.张莉萍大型锻件锻造加工中有限元软件技术进展[J]-锻压装备与制造技术.[13] AR, EH, EEH.Numerical calculation of microsegregation in coarsened dendritic

microstructures[J]．Materials Science and Technology．1 986，2(1 1)：1 149一l 155P． [14] Houmei X，Baicheng L，Riming Z，et a1．Numerical simulation and analysis of residual stress inmachine tool bed casting[J]．Tsinghua Science and Technology．1 996(6)：1 84-1 89P．

[15] L P A，D P R．Numerical simulation of solidification and thermal stresses during solidification of a restrained bar test casting[J]．AFS Transactions．1992(100)：593．600P． [16] I-lu B H，Hao S W，Niu X P，et a1．Optimization of mould design in die casting of Pewter parts through numerical simulafion[C]．Singapore：1 997．

[17] Niu X P，Hao S W，B—h Hu K K．S T'et a1．Application of numerical simulation in die casting processes[C]．Australia：1997．