(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210730272.1 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650031 云南省昆明市五华区一 二一 大街文昌路68号 (72)发明人 种晓宇　干梦迪　冯晶　徐睿驹　 陆天龙　余威　蒋业华　 (74)专利代理 机构 重庆德立创新专利代理事务 所(普通合伙) 50299 专利代理师 隋金艳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方 法 (57)摘要 本发明涉及铸件铸 造热应力计算技术领域， 以利用分子动力学、 第一性原理结合有限元模拟 分析铸件在铸造过程中产生的热应力， 具体公开 一种基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方 法， 包括S1： 通过基于微观尺度的分子动力学方 法， 计算熔体铸件材料的热物理性质和 力学性质 随温度变化的关系； S2： 通过基于微观尺度的第 一性原理方法， 分别计算铸造系统中其他固相材 料的热物理性质和 力学性质随温度变化的关系； S3： 基于宏观尺度的有限元模拟， 对铸件铸造过 程进行热应力模拟计算。 本发明通过多尺度计算 准确的获得铸 件凝固中的温度场以及热应力， 直 观、 清晰、 方便、 经济地获得铸造过程铸 件的热应 力， 解决了铸造热应力测试困难的问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114997022 A 2022.09.02 CN 114997022 A 1.基于多尺度建模的铸件铸造热应力 计算方法， 其特征在于， 包括S1： 通过基于微观尺 度的分子动力学 方法， 计算熔体铸件材 料的热物理性质和力学性质随温度的数据； S2： 通过基于微观尺度的第一性原理方法， 分别计算铸造体系中各个固体材料的各项 热物理性质和力学性质随温度变化的关系； S3： 基于宏观 尺度的有限元模拟方法， 对铸件铸造过程进行 热应力模拟计算。 2.根据权利要求1所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在于， S1 具体包括如下内容： S101： 建立铸件材 料的超胞； S102： 设置模拟条件， 设置温度范围， 时间步长， 首先模拟体系在最高温度下运行设定 时长， 得到平衡的液态结构， 随后以设定的冷却速度进 行降温， 温度每降设定温度进 行第一 设定个数的离 子步获得平衡的液态结构； S103： 温度每降设定温度进行设定个数的离子步获得平衡的液态结构后， 再运行第二 设定个数的离 子步进行 热力学、 动力学分析， 获得 熔体铸件材 料的热物理性质和力学性质。 3.根据权利要求1所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在于， S2 具体包括如下内容： S201： 对铸造体系中各个固体材 料的晶体结构进行弛豫至 完全收敛； S202： 针对铸造体系中各个固体材料， 对不同体积下的晶体结构进行力学性质的计算， 将力学性质与体积进行多 项式拟合， 得到力学性质与体积的解析式； S203： 针对铸造体系中各个固体材料， 对不同体积下的晶体结构进行热物 理性质计算， 得到体积随温度的数据， 再利用体积作为 一个中间量获得力学性质随温度的数据。 4.根据权利要求1所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在于， S3 具体包括如下内容： S301： 根据真实铸造体系或者目标铸造体系构建铸造模型； S302： 将熔体铸件材料的热物理性质和力学性质分别与温度的数据 赋予到液态铸件金 属材料， 将铸造体系中各个固体材料的热物理性质和力学性质分别与温度的数据赋予到固 态铸件金属材 料， 构建铸造系统的有限元参数模型； S303： 将S301中得到的铸造模型进行网格绘制， 形成网络模型； S304： 设置初始条件和边界条件； S305： 模拟计算铸件铸造过程中的热应力。 5.根据权利要求3所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在于， 先 分别对铸造体系中各固相材料的晶体结构进 行全优化弛豫至完全收敛， 再分别针对铸造体 系中各固相材 料的晶体结构变 体积进行固定体积的原子位置弛豫至 完全收敛。 6.根据权利要求3所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在于， S202中， 体积和力学性质的解析式形式为y＝a+bx+cx2+dx3+…， 其中a、 b、 c、 d …为拟合参数， y为相应的力学性质， x为体积。 7.根据权利要求4所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在于， S304中， 对于温度场的设定， 将充型结束后铸件开始凝固时的不稳定温度场作为初始温度 场， 温降设置为1.0 *1013K/s； 应力场边界条件为在模具底部施加固定约束。 8.根据权利要求1或6所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114997022 A 2于， 所述的铸件为氧化铝陶瓷颗粒 预制体增强高铬铸铁 。 9.根据权利要求8所述的基于多尺度建模的铸件铸造热应力计算方法， 其特征在于， S202中， 力学性质杨氏模量E与体积的关系式为： 高铬铸： y＝3536.721 ‑14.178x+0.0142x2； Al2O3： y＝1035.90‑5.690x‑0.0263x2； 硅酸钠： y＝ ‑4929.392+34.649x ‑0.060x2。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114997022 A 3