本發(fā)明涉及一種基于云計(jì)算的壓鑄仿真控制方法，屬于壓鑄控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

壓鑄是一種金屬鑄造工藝，其特點(diǎn)是利用模具腔對(duì)融化的金屬施加高壓。模具通常是用強(qiáng)度更高的合金加工而成的。由于壓鑄工藝一般只會(huì)用于批量制造大量產(chǎn)品。制造壓鑄的零部件相對(duì)來說比較容易，單項(xiàng)成本增量很低。壓鑄特別適合制造大量的中小型鑄件，因此壓鑄是各種鑄造工藝中使用最廣泛的一種。同其他鑄造技術(shù)相比，壓鑄的表面更為平整，擁有更高的尺寸一致性，因而使用壓鑄工藝可以使得鑄件擁有優(yōu)秀的尺寸精度。

中國(guó)專利公開了一種管狀鑄件的制備工藝(申請(qǐng)?zhí)?01410463544.1)包括以下步驟：a、根據(jù)目標(biāo)鑄件的具體形狀和尺寸，通過計(jì)算機(jī)模擬軟件設(shè)計(jì)出鑄件仿真模型，再根據(jù)鑄件仿真模型制作壓鑄模具；b、將輕金屬合金原料制成液態(tài)的熔融液，出爐后并將該熔融液澆鑄到放置有砂芯的澆鑄模具內(nèi)，將所得的鑄件脫模，該鑄件冷卻后便形成一澆鑄管，然后將該澆鑄管裝放在步驟a中制作好的壓鑄模具的相應(yīng)位置處，之后將該壓鑄模具安裝在壓鑄機(jī)上；c、將輕金屬合金原料制成半固態(tài)漿料，然后將制得的半固態(tài)漿料注入壓鑄模具內(nèi)，采用半固態(tài)成形方法鑄造出覆蓋在所述澆鑄管外周面上的壓鑄管，其中壓鑄溫度控制在580～630℃，模具溫度為200～350℃，壓射比壓為60～100mpa，壓射速度為3～9m/s；d、取出壓鑄管，將澆鑄管內(nèi)的砂芯進(jìn)行去除便可得到管狀鑄件。

此技術(shù)方案，根據(jù)目標(biāo)鑄件的具體形狀和尺寸，通過計(jì)算機(jī)模擬軟件設(shè)計(jì)出鑄件仿真模型，再根據(jù)鑄件仿真模型制作壓鑄模具，但是沒有公開如何模擬出仿真模型的技術(shù)方案。并且此技術(shù)的適用范圍窄，不能適用各種壓鑄情形，仿真效果不好，使用成本高，用戶經(jīng)過繁瑣的計(jì)算，才能得到仿真模型，無法快速、方便的使用，用戶需要自行維護(hù)，用戶體驗(yàn)差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種壓鑄仿真技術(shù)方案詳盡，切實(shí)可行，適用范圍廣，仿真效果好，能夠快速、方便使用并且使用成本低的基于云計(jì)算的壓鑄仿真控制方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于云計(jì)算的壓鑄仿真控制方法，

s1，將壓鑄仿真控制方法通過編程封裝為壓鑄云求解器。壓鑄云求解器為獨(dú)立、可移植的模塊，便于控制端用戶隨時(shí)移植壓鑄云求解器到不同云服務(wù)平臺(tái)上，減少編程成本。。

可通過openstack實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化部署，將業(yè)務(wù)所需的壓鑄仿真軟件模塊以及相關(guān)的執(zhí)行環(huán)境都封裝到linux鏡像。用戶可以在web后臺(tái)自定義計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的cpu核數(shù)、內(nèi)存、硬盤大小，然后一鍵部署，啟動(dòng)相關(guān)服務(wù)。

s2，終端用戶連接云服務(wù)平臺(tái)，根據(jù)自己需求選擇相應(yīng)的模型，上傳壓鑄相關(guān)數(shù)據(jù)，以及需要執(zhí)行的相關(guān)命令。終端用戶無需安裝復(fù)雜的軟件模塊，也不需要高端的安裝硬件配置，用戶只需要通過手機(jī)、電腦、筆記本以及其他相關(guān)設(shè)備登錄云端服務(wù)頁(yè)面，輸入相關(guān)壓鑄參數(shù)，便可進(jìn)行壓鑄仿真計(jì)算。用戶只需要一鍵選擇使用的軟件即可啟動(dòng)相關(guān)服務(wù)，省去了新用戶安裝和開發(fā)壓鑄云求解器的麻煩。更為重要的是，此發(fā)明可以讓壓鑄仿真從業(yè)者可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)提交自己的壓鑄測(cè)試案例。壓鑄測(cè)試相關(guān)的參數(shù)皆可由客戶自定義，比如：壓鑄澆口條件、材料屬性、模具參數(shù)、重力方向等等。

s3，彈性資源控制：云端控制模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)和命令通過相關(guān)的代碼邏輯分發(fā)到指定的若干服務(wù)器，根據(jù)需求彈性分配cpu和內(nèi)存等資源。

s4，后處理整合：用戶可以通過后處理查看壓鑄仿真控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程和結(jié)果，分析設(shè)計(jì)的缺陷。壓鑄云求解器及其依賴的壓鑄仿真軟件模塊能夠在壓鑄云服務(wù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新，終端用戶無需下載安裝，即可實(shí)時(shí)享受壓鑄云求解器的云服務(wù)。

云計(jì)算擁有彈性、安全、高效的計(jì)算能力?；谠朴?jì)算的壓鑄仿真技術(shù)，在壓鑄仿真控制技術(shù)上引入云計(jì)算的方式，實(shí)現(xiàn)資源的智能配置。壓鑄云提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便捷性，其中就包括了仿真數(shù)據(jù)在線存儲(chǔ)云服務(wù)?？梢宰屛募?chǔ)存于云計(jì)算中心，同時(shí)又具備自動(dòng)同步功能，省卻下載到本地設(shè)備的麻煩。用戶在使用云存儲(chǔ)之后，可以從數(shù)據(jù)中心獲得幾乎無限的存儲(chǔ)空間。

壓鑄云求解器及其依賴的壓鑄仿真軟件模塊能夠在壓鑄云服務(wù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新，終端用戶無需下載安裝，即可實(shí)時(shí)享受壓鑄云求解器的云服務(wù)?，F(xiàn)有技術(shù)的壓鑄仿真軟件模塊以及壓鑄云求解器，如果沒有自動(dòng)更新，則不能享受到最新版本的功能，甚至導(dǎo)致無法滿足最新的業(yè)務(wù)需求，而壓鑄云仿真可以保證用戶每次打開都是最新的版本。

在壓鑄云服務(wù)平臺(tái)里，終端用戶上幾乎所有技術(shù)問題都能夠通過后臺(tái)解決。用戶數(shù)據(jù)、用戶所需要的仿真算法、都保留在云服務(wù)器中，并且能根據(jù)需要進(jìn)行訪問。

通過壓鑄云服務(wù)平臺(tái)，壓鑄仿真控制技術(shù)的學(xué)習(xí)及使用門檻大大降低。本發(fā)明根據(jù)壓鑄仿真控制方法將壓鑄云求解器進(jìn)行優(yōu)化，然后封裝進(jìn)入云服務(wù)平臺(tái)。這些整合好的功能不僅可以讓新用戶快速上手壓鑄仿真而且節(jié)省了工程師安裝軟件和配置服務(wù)的時(shí)間。

作為優(yōu)選地技術(shù)措施，所述壓鑄仿真控制方法包括以下步驟：

第一步，參數(shù)初始化，所述參數(shù)包括熔液初始溫度、澆口速度、材料屬性等。

第二步，確定初始參數(shù)之后，劃分計(jì)算網(wǎng)格，生成計(jì)算節(jié)點(diǎn)，想要在空間域上實(shí)現(xiàn)離散控制方程必須使用網(wǎng)格。目前網(wǎng)格分為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格兩大類。將計(jì)算區(qū)域離散成相應(yīng)的網(wǎng)格，在計(jì)算網(wǎng)格基礎(chǔ)上進(jìn)行偏微分方程的離散，再將相應(yīng)的參量組裝成ax＝b的矩陣進(jìn)行求解。接下來進(jìn)入壓鑄云求解器的執(zhí)行環(huán)節(jié)。

第三步，參數(shù)傳值于壓鑄云求解器的離散方程式。該求解方法是由連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程等的偏微分方程所表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，它們分別表征了質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒三個(gè)物理定律。

第四步，求解器執(zhí)行的過程中，確立邊界條件和劃分計(jì)算網(wǎng)格之后，壓鑄的工作流程包括：建立以上述方程式為基礎(chǔ)的離散方程，根據(jù)離散邊界條件、離散初始條件以及求解器設(shè)置，執(zhí)行求解器，程序不斷地迭代，求解以上述公式為基礎(chǔ)的偏微分方程直至求解值收斂或達(dá)到迭代步數(shù)。

第五步，通過能量守恒、動(dòng)量守恒等流體力學(xué)方程計(jì)算模擬壓鑄過程的溫度場(chǎng)，以及通過熔融物的空間分布/體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系計(jì)算溶液的填充體積。這些數(shù)據(jù)通過可視化技術(shù)呈現(xiàn)出壓鑄仿真的過程和結(jié)果。用戶可根據(jù)該結(jié)果判斷設(shè)計(jì)是否有缺陷，同時(shí)此處運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值分析，智能判斷并且輸出人性化的報(bào)表。主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)有以下幾點(diǎn)：一、壓鑄填充率是否達(dá)到100％，未達(dá)到100％則會(huì)出現(xiàn)壓鑄成型不完整、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)殘缺，具體判斷標(biāo)準(zhǔn)為某些網(wǎng)格出現(xiàn)缺失值或者為初始值。二、仿真結(jié)果表面溫差是否過大，而容易導(dǎo)致翹曲變形，具體判斷辨準(zhǔn)為遍歷仿真結(jié)果所有單元網(wǎng)格的值、網(wǎng)格值集合的極差和方差過大。三、表面溫度是否分布均勻，冷卻效果是否理想，具體判斷辨準(zhǔn)為遍歷仿真結(jié)果所有單元網(wǎng)格的值、網(wǎng)格值集合是否符合正態(tài)分布，且對(duì)集合進(jìn)行隨機(jī)分組后、多個(gè)檢驗(yàn)總體的均值相等。

第六步，如果沒有達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)則可以大致判斷該設(shè)計(jì)方案不具備現(xiàn)實(shí)可行性，出現(xiàn)上述情況則需要進(jìn)入第七步，如果具備現(xiàn)實(shí)可行性，則進(jìn)行第八步。

第七步，保存日志文件和結(jié)果文件，然后根據(jù)遺傳算法系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整相關(guān)的系數(shù)，這一系列的參數(shù)再次代入第三步中的離散方程式、而后執(zhí)行壓鑄云求解器；本步驟根據(jù)遺傳算法生成多種參數(shù)配置，并行運(yùn)算。并且根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果，再次生成多組不同參數(shù)配置，直至篩選出好的參數(shù)配置。

第八步，如果第五步的判斷結(jié)果達(dá)到了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)則可以結(jié)束求解、輸出結(jié)果。

本發(fā)明的仿真控制方法技術(shù)方案詳盡，切實(shí)可行，計(jì)算準(zhǔn)確，仿真效果好。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，所述參數(shù)還包括澆口條件、模具參數(shù)、澆鑄時(shí)的重力方向、模具溫度以及換熱系數(shù)。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，在充型過程數(shù)值模擬中，一般地可將液態(tài)金屬充型過程視為不可壓縮牛頓流體的非定常黏性流動(dòng)過程和不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，可建立由連續(xù)性方程、navier-stokes方程(動(dòng)量方程)和能量方程這樣的偏微分方程所表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，它們分別表征了質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒三個(gè)物理定律。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，

在三維直角坐標(biāo)系下，

連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)可表示為：

式中：u、v、w——分別表示x、y、z方向的速度分量。

動(dòng)量守恒方程(navier-stokes方程)可表示為：

式中：gx、gy、gz——分別為x、y、z方向上重力加速度分量；

v——運(yùn)動(dòng)黏度；

p——壓力；

d——流體的密度；

t——時(shí)間；

——某一變量的增量。

能量守恒方程可表示為：

式中：

cp——比熱容；

λ——導(dǎo)熱系數(shù)；

s——源項(xiàng)；

θ——溫度。

采用體積函數(shù)法跟蹤自由表面移動(dòng)時(shí)，還需要求解體積函數(shù)方程，體積函數(shù)方程(自由表面控制方程)如下：

式中：f——流體體積函數(shù)。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，離散邊界條件包括自由表面邊界條件和型壁速度邊界條件。自由表面邊界條件又包括自由表面速度邊界條件和自由表面壓力邊界條件。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，自由表面速度邊界條件自由表面網(wǎng)格內(nèi)速度邊界條件的處理以滿足連續(xù)性方程為基本原則，并根據(jù)自由表面形狀和位置由相鄰的滿網(wǎng)格速度來確定，考慮了10大類64種不同的情況。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，自由表面壓力邊界條件在三維情況下自由表面邊界可以用平面來近似，由網(wǎng)格中的流體體積函數(shù)f值及自由表面的法矢量可以確定自由表面的位置d。將自由表面壓力ps和內(nèi)部格子壓力pn之間進(jìn)行線性插值，可以得到自由表面格子的壓力p，即：p＝(1-z)pn–z*ps。其中，z＝d/dc，dc為內(nèi)部格子單元之間的距離。實(shí)際計(jì)算過程中，忽略黏度對(duì)表面應(yīng)力的影響，將自由表面壓力ps設(shè)為零，這樣可以減少計(jì)算量而不影響計(jì)算精度。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，型壁速度邊界條件對(duì)于型壁邊界，必須引入一個(gè)假想單元來設(shè)置速度邊界條件。sola-vof算法給出兩種典型的邊界條件：自由滑動(dòng)邊界和無滑動(dòng)邊界。這樣就可以將型壁速度邊界條件設(shè)置為自由滑動(dòng)邊界和無滑動(dòng)邊界兩者之間的狀態(tài)。

作為優(yōu)選的技術(shù)措施，數(shù)值穩(wěn)定性條件流體充型過程數(shù)值計(jì)算中，如果時(shí)間步長(zhǎng)選擇不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算發(fā)散，因此要對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)作一定的限制。由此引出三維充型過程模擬的數(shù)值穩(wěn)定性條件如下：

(1)在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，流體的運(yùn)動(dòng)不能超過一個(gè)單元，由此得到：

式中：wt——計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)。

(2)在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，動(dòng)量擴(kuò)散不能超過一個(gè)單元，由此得到：

式中：_——?jiǎng)恿︷ざ取?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明基于云計(jì)算的壓鑄仿真技術(shù)，在壓鑄仿真控制技術(shù)上引入云計(jì)算的方式，實(shí)現(xiàn)資源的智能配置。云計(jì)算擁有彈性、安全、高效的計(jì)算能力。壓鑄云提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便捷性，其中就包括了仿真數(shù)據(jù)在線存儲(chǔ)云服務(wù)。可以讓文件儲(chǔ)存于云計(jì)算中心，同時(shí)又具備自動(dòng)同步功能，省卻下載到本地設(shè)備的麻煩。用戶在使用云存儲(chǔ)之后，可以從數(shù)據(jù)中心獲得幾乎無限的存儲(chǔ)空間。

壓鑄云求解器及其依賴的壓鑄仿真軟件模塊能夠在壓鑄云服務(wù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新，終端用戶無需下載安裝，即可實(shí)時(shí)享受壓鑄云求解器的云服務(wù)?，F(xiàn)有技術(shù)的壓鑄仿真軟件模塊以及壓鑄云求解器，如果沒有自動(dòng)更新，則不能享受到最新版本的功能，甚至導(dǎo)致無法滿足最新的業(yè)務(wù)需求，而壓鑄云仿真可以保證用戶每次打開都是最新的版本。

在壓鑄云服務(wù)平臺(tái)里，終端用戶上幾乎所有技術(shù)問題都能夠通過后臺(tái)解決。用戶數(shù)據(jù)、用戶所需要的仿真算法、都保留在云服務(wù)器中，并且能根據(jù)需要進(jìn)行訪問。

通過壓鑄云服務(wù)平臺(tái)，壓鑄仿真控制技術(shù)的學(xué)習(xí)及使用門檻大大降低。本發(fā)明根據(jù)壓鑄仿真控制方法將壓鑄云求解器進(jìn)行優(yōu)化，然后封裝進(jìn)入云服務(wù)平臺(tái)。這些經(jīng)過整合過的功能不僅可以讓新用戶快速上手壓鑄仿真而且節(jié)省了工程師安裝軟件和配置服務(wù)的時(shí)間。

本發(fā)明通過能量守恒、動(dòng)量守恒等流體力學(xué)方程計(jì)算模擬壓鑄過程的溫度場(chǎng)，以及通過熔融物的空間分布/體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系計(jì)算溶液的填充體積。壓鑄仿真技術(shù)方案詳盡，切實(shí)可行，適用范圍廣，計(jì)算準(zhǔn)確，仿真效果好，能夠快速、方便使用并且使用成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明控制方法流程圖(本發(fā)明的操作流程圖)；

圖2為本發(fā)明壓鑄仿真流程圖(本發(fā)明壓鑄仿真控制技術(shù)流程圖)。

具體實(shí)施方式

為了更清晰地表示本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)，以下內(nèi)容將結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

如圖1所示，一種基于云計(jì)算的壓鑄仿真控制方法，步驟如下：

s1，云端部署：將壓鑄仿真控制方法通過編程封裝為壓鑄云求解器。壓鑄云求解器為獨(dú)立、可移植的模塊，便于控制端用戶隨時(shí)移植壓鑄云求解器到不同云服務(wù)平臺(tái)上，減少編程成本。

可通過openstack實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化部署，將業(yè)務(wù)所需的壓鑄仿真軟件模塊以及相關(guān)的執(zhí)行環(huán)境都封裝到linux鏡像。用戶可以在web后臺(tái)自定義計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的cpu核數(shù)、內(nèi)存、硬盤大小，然后一鍵部署，啟動(dòng)相關(guān)服務(wù)。

云端部署：將壓鑄云求解器部署到云服務(wù)平臺(tái)，提高了壓鑄仿真控制方法的安裝部署效率，方便對(duì)計(jì)算資源的集中管理，有益于維護(hù)程序的穩(wěn)定性和計(jì)算資源的優(yōu)化。

s2，終端用戶連接云服務(wù)平臺(tái)，根據(jù)自己需求選擇相應(yīng)的模型，上傳壓鑄相關(guān)數(shù)據(jù)，以及需要執(zhí)行的相關(guān)命令。終端用戶無需安裝復(fù)雜的軟件模塊，也不需要高端的安裝硬件配置，用戶只需要通過手機(jī)、電腦、筆記本以及其他相關(guān)設(shè)備登錄云端服務(wù)頁(yè)面，輸入相關(guān)壓鑄參數(shù)，便可進(jìn)行壓鑄仿真計(jì)算。用戶只需要一鍵選擇使用的軟件即可啟動(dòng)相關(guān)服務(wù)，省去了新用戶安裝和開發(fā)壓鑄云求解器的麻煩。更為重要的是，此發(fā)明可以讓壓鑄仿真從業(yè)者可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)提交自己的壓鑄測(cè)試案例。壓鑄測(cè)試相關(guān)的參數(shù)皆可由客戶自定義，比如：壓鑄澆口條件、材料屬性、模具參數(shù)、重力方向等等。

s3，彈性資源控制：云端控制模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)和命令通過相關(guān)的代碼邏輯分發(fā)到指定的若干服務(wù)器，根據(jù)需求彈性分配cpu和內(nèi)存等資源，能夠有效節(jié)省資源，提升數(shù)據(jù)處理速度，改善用戶使用體驗(yàn)。

s4，后處理整合：用戶可以通過后處理查看壓鑄仿真控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程和結(jié)果，分析設(shè)計(jì)的缺陷。

云計(jì)算擁有彈性、安全、高效的計(jì)算能力。基于云計(jì)算的壓鑄仿真技術(shù)，在壓鑄仿真控制技術(shù)上引入云計(jì)算的方式，實(shí)現(xiàn)資源的智能配置。壓鑄云提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便捷性，其中就包括了仿真數(shù)據(jù)在線存儲(chǔ)云服務(wù)。可以讓文件儲(chǔ)存于云計(jì)算中心，同時(shí)又具備自動(dòng)同步功能，省卻下載到本地設(shè)備的麻煩。用戶在使用云存儲(chǔ)之后，可以從數(shù)據(jù)中心獲得幾乎無限的存儲(chǔ)空間。

壓鑄云求解器及其依賴的壓鑄仿真軟件模塊能夠在壓鑄云服務(wù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新，終端用戶無需下載安裝，即可實(shí)時(shí)享受壓鑄云求解器的云服務(wù)?，F(xiàn)有技術(shù)的壓鑄仿真軟件模塊以及壓鑄云求解器，如果沒有自動(dòng)更新，則不能享受到最新版本的功能，甚至導(dǎo)致無法滿足最新的業(yè)務(wù)需求，而壓鑄云仿真可以保證用戶每次打開都是最新的版本。

在壓鑄云服務(wù)平臺(tái)里，終端用戶上幾乎所有技術(shù)問題都能夠通過后臺(tái)解決。用戶數(shù)據(jù)、用戶所需要的仿真算法、都保留在云服務(wù)器中，并且能根據(jù)需要進(jìn)行訪問。

通過壓鑄云服務(wù)平臺(tái)，壓鑄仿真控制技術(shù)的學(xué)習(xí)及使用門檻大大降低。本發(fā)明根據(jù)壓鑄仿真控制方法將壓鑄云求解器進(jìn)行優(yōu)化，然后封裝進(jìn)入云服務(wù)平臺(tái)。這些整合好的功能不僅可以讓新用戶快速上手壓鑄仿真而且節(jié)省了工程師安裝軟件模塊和配置服務(wù)的時(shí)間。

所述壓鑄仿真控制方法包括以下步驟：

第一步，參數(shù)初始化，如熔液初始溫度、澆口速度、材料屬性(熱物性及流動(dòng)參數(shù))、澆鑄時(shí)的重力方向、模具溫度以及換熱系數(shù)等。

第二步，確定初始參數(shù)之后，劃分計(jì)算網(wǎng)格，生成計(jì)算節(jié)點(diǎn)。在空間域上實(shí)現(xiàn)離散控制方程必須使用網(wǎng)格。目前網(wǎng)格分為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格兩大類。將計(jì)算區(qū)域離散成相應(yīng)的網(wǎng)格，在計(jì)算網(wǎng)格基礎(chǔ)上進(jìn)行偏微分方程的離散，再將相應(yīng)的參量組裝成ax＝b的矩陣進(jìn)行求解。接下來進(jìn)入壓鑄云求解器的執(zhí)行環(huán)節(jié)。

第三步，參數(shù)傳值于壓鑄云求解器。該求解方法是由連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程等的偏微分方程所表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，它們分別表征了質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒三個(gè)物理定律。

在充型過程數(shù)值模擬中，一般地可將液態(tài)金屬充型過程視為不可壓縮牛頓流體的非定常黏性流動(dòng)過程和不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，可建立由連續(xù)性方程、navier-stokes方程(動(dòng)量方程)和能量方程等偏微分方程所表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，它們分別表征了質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒三個(gè)物理定律。

在三維直角坐標(biāo)系下，

連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)可表示為：

式中：u、v、w——分別表示x、y、z方向的速度分量。

動(dòng)量守恒方程(navier-stokes方程)可表示為：

式中：gx、gy、gz——分別為x、y、z方向上重力加速度分量。

v——運(yùn)動(dòng)黏度；

p——壓力；

d——流體的密度；

t——時(shí)間；

——某一變量的增量。

能量守恒方程可表示為：

式中：

cp——比熱容；

λ——導(dǎo)熱系數(shù)；

s——源項(xiàng)；

θ——溫度。

采用體積函數(shù)法跟蹤自由表面移動(dòng)時(shí)，還需要求解體積函數(shù)方程，體積函數(shù)方程(自由表面控制方程)如下：

式中：f——流體體積函數(shù)。

第四步，執(zhí)行壓鑄的求解運(yùn)算。如圖2所示，在確立邊界條件和劃分計(jì)算網(wǎng)格之后，壓鑄的工作流程包括：建立以上述方程式為基礎(chǔ)的離散方程，根據(jù)離散邊界條件、離散初始條件以及求解器設(shè)置，執(zhí)行求解器，程序不斷地迭代，求解以上述公式為基礎(chǔ)的偏微分方程直至求解值收斂或達(dá)到迭代步數(shù)。離散邊界條件包括自由表面邊界條件、型壁邊界條件。自由表面邊界條件又包括自由表面速度邊界條件和自由表面壓力邊界條件，型壁離散邊界條件包括速度邊界條件和傳熱邊界條件。

自由表面速度邊界條件自由表面網(wǎng)格內(nèi)速度邊界條件的處理以滿足連續(xù)性方程為基本原則，并根據(jù)自由表面形狀和位置由相鄰的滿網(wǎng)格速度來確定，考慮了10大類64種不同的情況。

自由表面壓力邊界條件在三維情況下自由表面邊界可以用平面來近似，由網(wǎng)格中的流體體積函數(shù)f值及自由表面的法矢量可以確定自由表面的位置d。將自由表面壓力ps和內(nèi)部格子壓力pn之間進(jìn)行線性插值，可以得到自由表面格子的壓力p，即：p＝(1-z)pn–z*ps。其中，z＝d/dc，dc為內(nèi)部格子單元之間的距離。實(shí)際計(jì)算過程中，忽略黏度對(duì)表面應(yīng)力的影響，將自由表面壓力ps設(shè)為零，這樣可以減少計(jì)算量而不影響計(jì)算精度。

型壁速度邊界條件對(duì)于型壁邊界，必須引入一個(gè)假想單元來設(shè)置速度邊界條件。sola-vof算法給出兩種典型的邊界條件：自由滑動(dòng)邊界和無滑動(dòng)邊界。這樣就可以將型壁速度邊界條件設(shè)置為自由滑動(dòng)邊界和無滑動(dòng)邊界兩者之間的狀態(tài)。

數(shù)值穩(wěn)定性條件流體充型過程數(shù)值計(jì)算中，如果時(shí)間步長(zhǎng)選擇不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算發(fā)散，因此要對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)作一定的限制。由此引出三維充型過程模擬的數(shù)值穩(wěn)定性條件如下：

(1)在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，流體的運(yùn)動(dòng)不能超過一個(gè)單元，由此得到：

式中：wt——計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)；

δx，δy，δz——分別表示x、y、z速度方向的網(wǎng)格長(zhǎng)度，

u、v、w——分別表示x、y、z方向的速度分量。

(2)在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，動(dòng)量擴(kuò)散不能超過一個(gè)單元，由此得到：

式中：__——?jiǎng)恿︷ざ?/p>

第五步，通過能量守恒、動(dòng)量守恒等流體力學(xué)方程計(jì)算模擬壓鑄過程的溫度場(chǎng)，以及通過熔融物的空間分布/體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系計(jì)算溶液的填充體積。這些數(shù)據(jù)通過可視化技術(shù)呈現(xiàn)出壓鑄仿真的過程和結(jié)果。用戶可根據(jù)該結(jié)果判斷設(shè)計(jì)是否有缺陷，同時(shí)此處運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值分析，智能判斷并且輸出人性化的報(bào)表。主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)有以下幾點(diǎn)：一、壓鑄填充率是否達(dá)到100％，未達(dá)到100％則會(huì)出現(xiàn)壓鑄成型不完整、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)殘缺，具體判斷標(biāo)準(zhǔn)為某些網(wǎng)格出現(xiàn)缺失值或者為初始值。二、仿真結(jié)果表面溫差是否過大，而容易導(dǎo)致翹曲變形，具體判斷辨準(zhǔn)為遍歷仿真結(jié)果所有單元網(wǎng)格的值、網(wǎng)格值集合的極差和方差過大。三、表面溫度是否分布均勻，冷卻效果是否理想，具體判斷辨準(zhǔn)為遍歷仿真結(jié)果所有單元網(wǎng)格的值、網(wǎng)格值集合是否符合正態(tài)分布，且對(duì)集合進(jìn)行隨機(jī)分組后、多個(gè)檢驗(yàn)總體的均值相等。

第六步，如果沒有達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)則可以大致判斷該設(shè)計(jì)方案不具備現(xiàn)實(shí)可行性，出現(xiàn)上述情況則需要進(jìn)入第七步，如果具備現(xiàn)實(shí)可行性，則進(jìn)行第八步。

第七步，保存日志文件和結(jié)果文件，然后根據(jù)遺傳算法系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整相關(guān)的系數(shù)如澆口條件(熔液初始溫度、澆口速度等)、模具參數(shù)(模具溫度以及換熱系數(shù))、材料屬性(熱物性及流動(dòng)參數(shù))、重力方向等，這一系列的參數(shù)再次代入第三步中的離散方程式、而后執(zhí)行壓鑄云求解器；本步驟根據(jù)遺傳算法生成多種參數(shù)配置，并行運(yùn)算。并且根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果，再次生成多組不同參數(shù)配置，直至篩選出好的參數(shù)配置。

第八步，如果第五步的判斷結(jié)果達(dá)到了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)則可以結(jié)束求解、輸出結(jié)果。

本方法已經(jīng)在基于云計(jì)算的壓鑄仿真系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，仿真效果很好。此方法在云平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了壓鑄設(shè)計(jì)方案仿真測(cè)試，多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)執(zhí)行壓鑄云求解器的運(yùn)算，利用云計(jì)算的并行計(jì)算優(yōu)勢(shì)使實(shí)時(shí)性得到保證。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。