导语

  

内容提要

  

    本书系统阐述了铸造熔炼过程模拟与炉料优化配比的理论方法、软件系统及应用案例。本书分上、下两篇：上篇铸造熔炼过程模拟技术及应用，主要介绍了冲天炉熔炼成分预测数学建模、热力学建模、参数约束处理、系统开发，以及感应电炉熔炼数学建模、数值模拟求解技术、模拟算例与分析；下篇计算机炉料优化配比技术及应用，主要介绍了计算机炉料优化配比数学建模、系统的设计与实现，以及华铸FCS炉料配比软件系统的主要功能模块、操作使用方法和实际应用案例。本书是对我国铸造行业从数字化走向智能化的思考与探索，以期为我国铸造行业由大变强奠定好数字化的基础，并为我国铸造行业走向智能化铸造提供铸造熔炼工艺与成分优化配比方法指导、国产铸造熔炼过程模拟与炉料配比软件系统支持以及典型应用案例借鉴。
    本书可供铸造行业工程技术人员、管理人员使用，也可供相关专业的在校师生及研究人员参考。

    周建新，男，1975年2月生，湖南邵阳人，华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室教授、博士生导师，华铸软件中心负责人。现任中国青年科技工作者协会常务理事、中国机械工程学会材料分会物理模拟与数值模拟专业委员会副主任、中国机械工程学会铸造分会理事、中国铸造协会理事、湖北省机械工程学会铸造分会副理事长秘书长。长期从事铸造过程数值模拟等铸造计算机技术的研究与开发；承担国家、省部级以及国际合作项目20余项；获得国家科技进步奖1项，省部级科技奖3项；发表论文200余篇，以第1作者编著著作2部。

前言
上篇  铸造熔炼过程模拟仿真技术及应用
第1章  熔炼工艺模拟仿真技术概述
  1.1  铸造熔炼工艺简介
    1.1.1  冲天炉熔炼
    1.1.2  感应电炉熔炼
    1.1.3  冲天炉-电炉双联熔炼
  1.2  铸造熔炼计算机技术发展现状及趋势
    1.2.1  铸造冲天炉熔炼模拟与控制
    1.2.2  铸造感应电炉熔炼模拟
第2章  冲天炉熔炼成分预测数学建模
  2.1  熔炼过程的物质变化
  2.2  熔炼成分的数学建模
    2.2.1  熔炼体系的相与组分
    2.2.2  多相多组分体系的数学建模
第3章  冲天炉熔炼成分预测热力学建模
  3.1  多相多组分体系成分预测的常见算法
    3.1.1  热力学平衡
    3.1.2  平衡常数法
    3.1.3  最小自由能法
  3.2  熔炼热力学建模
    3.2.1  热力学建模的假设条件与要求
    3.2.2  基于最小自由能法的热力学建模
  3.3  组元化学势计算
    3.3.1  组元标准摩尔吉布斯函数的计算
    3.3.2  组元偏摩尔吉布斯函数的计算
第4章  冲天炉熔炼成分预测参数约束处理
  4.1  主要熔炼参数
    4.1.1  熔炼参数及其选择
    4.1.2  其他表征熔炼过程状态的参数
  4.2  熔炼参数控制的建模
    4.2.1  熔炼参数的控制特点
    4.2.2  熔炼参数的建模要求
    4.2.3  神经网络在参数控制中的应用
  4.3  基于BP神经网络的熔炼参数处理方案
    4.3.1  BP神经网络简介
    4.3.2  熔炼参数的BP神经网络建模
    4.3.3  间接约束法的BP神经网络模型算例
第5章  冲天炉熔炼成分预测系统开发
  5.1  热力学模型的优化求解方法
    5.1.1  求解算法的选择
    5.1.2  遗传算法简介
    5.1.3  遗传算法求解方法
  5.2  冲天炉成分预测系统的实现
    5.2.1  成分预测系统内容
    5.2.2  成分预测系统的系统实现
  5.3  数值算例与分析
    5.3.1  数值算例内容
    5.3.2  数值算例结果与分析
    5.3.3  预测精度分析与下一步工作方案
第6章  感应电炉熔炼数学建模
  6.1  感应电炉熔炼物理模型与基本假设
    6.1.1  物理模型
    6.1.2  基本假设
  6.2  感应电炉熔炼电磁场数学建模
    6.2.1  理论基础
    6.2.2  求解区域和边界定义
    6.2.3  求解方法
    6.2.4  电磁场控制方程
    6.2.5  复矢量磁位和复标量电位描述方程组
  6.3  感应电炉熔炼多物理场耦合数学建模
    6.3.1  假设条件
    6.3.2  传热与流动耦合数学建模
    6.3.3  流动与传质耦合数学建模
第7章  感应电炉熔炼数值模拟求解技术
  7.1  混合交错网格模型建立
    7.1.1  基本网格结构
    7.1.2  交错网格和标识方法
    7.1.3  节点值匹配算法
  7.2  电磁场控制方程有限差分数值求解
    7.2.1  涡流区求解
    7.2.2  非涡流区求解
    7.2.3  求解边界条件及收敛条件
  7.3  传热与流动耦合控制方程有限差分数值求解
    7.3.1  有限差分离散
    7.3.2  收敛条件
  7.4  流动与传质耦合控制方程有限体积数值求解
    7.4.1  洛伦兹力的数值求解
    7.4.2  有限体积离散
    7.4.3  流动场高效数值求解技术
    7.4.4  传热与传质耦合求解技术
  7.5  数值求解计算流程
第8章  感应电炉熔炼模拟算例与分析
  8.1  模型网格与计算参数
  8.2  电磁场模拟结果与分析
    8.2.1  磁场分布数值结果
    8.2.2  电磁参数对磁场分布的影响
  8.3  电磁传热耦合行为模拟结果与分析
  8.4  传质行为数值模拟结果与分析
    8.4.1  网格步长对数值结果的精度影响
    8.4.2  宏观偏析数值模拟结果分析
  8.5  传热与流动行为耦合模拟结果与分析
下篇  计算机炉料优化配比技术及应用
第9章  计算机炉料优化配比数学建模
  9.1  计算机炉料配比技术发展现状及趋势
    9.1.1  炉料配比工艺简介
    9.1.2  工业配料问题研究概况
    9.1.3  约束优化算法的研究概况
  9.2  计算机炉料优化配比建模
    9.2.1  目标函数
    9.2.2  约束条件
    9.2.3  优化配比数学模型
第10章  计算机炉料优化配比求解方法
  10.1  约束优化算法
    10.1.1  精确算法
    10.1.2  近似算法
  10.2  最优化求解方法
  10.3  次优解求解方法
    10.3.1  约束松弛求解方案
    10.3.2  遗传算法求解方案
  10.4  手动试错法
第11章  计算机炉料配比系统的设计与实现
  11.1  系统总体设计
    11.1.1  需求分析
    11.1.2  总体设计
  11.2  系统功能实现
    11.2.1  数据库管理模块的实现
    11.2.2  自动炉料配比模块的实现
    11.2.3  手动炉料配比模块的实现
    11.2.4  炉前炉料配比模块的实现
第12章  计算机炉料配比系统应用功能
  12.1  软件安装
  12.2  功能概述
第13章  计算机炉料配比系统数据库
  13.1  炉料数据库
    13.1.1  炉料分类
    13.1.2  系统数据库
    13.1.3  用户数据库
  13.2  烧损率与烧损量方案
    13.2.1  烧损率与烧损量
    13.2.2  烧损率方案设定
    13.2.3  烧损量方案设定
  13.3  杂质元素
    13.3.1  杂质元素的总体含量
    13.3.2  杂质元素的设定与统计
第14章  计算机炉料配比系统主要功能
  14.1  炉料配比
    14.1.1  炉料配比界面与基本内容
    14.1.2  炉料配比基本步骤
  14.2  自动炉料配比
    14.2.1  解方程组法
    14.2.2  穷举法与最小成本法
  14.3  手动炉料配比
    14.3.1  手动配比的基本思路
    14.3.2  手动配比的步骤
  14.4  炉前配比
    14.4.1  炉前配比的基本思路
    14.4.2  炉前配比的步骤
  14.5  炉前工人配料模块
    14.5.1  保温炉牌号转换快速计算
    14.5.2  保温炉牌号转换历史记录
    14.5.3  炉前工人配料
第15章  铸造过程炉料配比应用实例
  15.1  铸钢件应用实例
  15.2  灰铸铁件应用实例
  15.3  球墨铸铁件应用实例
  15.4  铝合金铸件应用实例
  15.5  铜合金铸件应用实例
第16章  模具钢炉料配比应用实例
  16.1  刃具模具用非合金钢应用实例
  16.2  量具刃具用钢应用实例
  16.3  耐冲击工具用钢应用实例
  16.4  轧辊用钢应用实例
  16.5  冷作模具钢应用实例
  16.6  热作模具钢应用实例
  16.7  塑料模具用钢应用实例
  16.8  特殊用途模具钢应用实例
第17章  炉料配比常见问题
  17.1  关于炉料数据库
  17.2  关于烧损率
  17.3  关于烧损量
  17.4  关于炉料配比的目标合金
  17.5  关于炉料配比的炉料成分
  17.6  关于解方程组法自动配比
  17.7  关于穷举法与最小成本法自动配比
  17.8  关于手动配比
  17.9  关于炉前配比
参考文献