Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical Calculations of the Cast Solidification with the Complex Shape Including the Movement of the Liquid Phase

Gawrońska E., Dyja R.

Archives of Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 18, iss. 3

65--70

EN

The paper presents the results of the computer simulations of solidification with consideration of the liquid phase movement. Simulations were conducted in a real, complex cast. There is a multi-stage resolution to the problem of convection in solidification simulations. The most important resolution concerns the development of the numerical model with the momentum and continuity equations, as well as conditions which are determined by the convection. Simulations were carried out with the use of our authorial software based on stabilized finite elements method (Petroy-Galerkin). In order to solve Navier-Stokes equation (with the convection element), Boussinesq’s approximation were used. Finite Elements Method (FEM) was responsible for the solidification. FEM is close to the heat conduction equation solution (with the internal heat source responsible for the heat released during phase transformation). Convection causes movement in the liquid phase in the solidifying cast and can significantly influence the process of heat transfer from the cast. It may change the distribution of the defects. Results of this article make it possible to assess the conditions in which the influence of the convection on solidification is significant.

2

Numerical determination of equiaxed grain radii arising in the casting during 3D simulation of solidification

Dyja R., Gawrońska E., Grosser A., Jeruszka P., Sczygiol N.

Computer Methods in Materials Science

|

2016

|

Vol. 16, No. 1

27--36

EN

The knowledge of material structure allows to predict the mechanical properties of alloy casting. Such structure can be modelled in micro- and mesoscale. The first way is connected with alloy morphology and enables one to find out the shape of grains emerging during the solidification process. The second way allows to define the magnitude and distribution of these grains in the casting structure. Learning both of these ways greatly enhances one’s knowledge about such mechanical phenomena as emerging stresses, strains, hot cracking and many others. This information makes it possible for one to predict the behaviour of castings during the cooling process or the further product exploitation. The one of the most difficult issues in the numerical and computer simulations of solidification is the modelling of the structure evolving in the casting. These simulations are extremely important in the work of an engineer in the foundry industry. The paper deals with a numerical modelling of equiaxed microstructure formation during the solidification of two-component alloys. The basic enthalpy formulation was applied to model the solidification. The equiaxed grain size depends on the average cooling velocity at the moment when the liquid metal reaches the liquidus temperature. The experimentally determined dependence between grain radius and cooling velocity was used in the calculation of average grain radii distribution.

PL

Znajomość struktury materiału pozwala na przewidywanie właściwości mechanicznych odlewów. Taka struktura może być modelowana w mikro- i mezoskali. Pierwszy sposób związany jest z określeniem morfologii stopu i umożliwia znalezienie kształtu ziaren powstających podczas procesu krzepnięcia. Druga metoda pozwala określić wielkość i rozmieszczenie tych ziaren w strukturze odlewu. Znajomość obu tych sposobów znacznie poprawia wiedzę na temat takich zjawisk mechanicznych, jak pojawiające się naprężenia, odkształcenia, pękanie na gorąco i wiele innych. Informacje te pozwalają przewidywać sposób zachowania sic odlewów zarówno w trakcie procesu chłodzenia, jak i w dalszej eksploatacji produktu. Jedną z najtrudniejszych kwestii w symulacjach numerycznych i komputerowych krzepnięcia jest modelowanie struktury powstającej w odlewie. Symulacje te są niezwykle ważne w pracy inżyniera w przemyśle odlewniczym. W artykule przedstawiono numeryczne modelowanie struktury równoosiowej tworzącej się podczas krzepnięcia stopów dwuskładnikowych, w którym wy korzystano podstawowe sformułowanie entalpowe krzepnięcia. Wielkość ziaren równoosiowvch uzależniono od średniej prędkości chłodzenia wyliczonej w chwili. gdy ciekły metal osiąga temperaturę likwidusu. Do wyznaczenia rozkładu średnich promieni ziaren w odlewie wykorzystano zależność promienia ziarna od prędkości chłodzenia wyznaczoną na drodze eksperymentu.

3

Obliczenia równoległe w symulacji krzepnięcia wykorzystującej model pośredni narastania fazy stałej

Dyja R., Grosser A.

Modelowanie Inżynierskie

|

2015

|

T. 24, nr 55

21--26

PL

W pracy zaprezentowano wyniki symulacji numerycznej krzepnięcia. Prezentowany model obliczeniowy zbudowany jest na podstawie równania przewodzenia ciepła z członem źródłowym w jawnym sformułowaniu pojemnościowym. Model narastania fazy stałej jest zgodny z pośrednim modelem, w którym zakładana jest skończona dyfuzja domieszki w fazie ciekłej oraz brak dyfuzji domieszki w fazie stałej. Wynikające z modelu równania różniczkowe rozwiązane są za pomocą metody elementów skończonych. Obliczenia były realizowane na komputerach o pamięci rozproszonej. Wykonano testy dla siatek elementów skończonych składających się z maksymalnie 25 milionów elementów. Testy skalowalności były przeprowadzone dla maksymalnie 2048 procesorów.

EN

The results of numerical simulations are presented in this paper. Computational model presented in this work uses heat transfer equation with heat source term in explicit enthalpy formulation. An indirect model for a solid phase growth was used. The indirect model assumes finite diffusion of inclusion in liquid phase and no diffusion in solid state. Resulting differential equations are solved with use of Bubnov-Galerkin Finite Element Method (space discretization). The calculations were performed on computer cluster with distributed memory positioned 7th on TOP500 list from November 2014. We carried out tests using meshes of up to 25 million of tetrahedral elements. The scalability tests were conducted for up to 2048 processor cores.

4

The Effect of Mechanical Interactions Between the Casting and the Mold on the Conditions of Heat Dissipation: A Numerical Model

Dyja R., Gawrońska E., Sczygiol N.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

1901--1907

EN

We present a description of the effects of thermal interactions, which take into account formation of a shrinkage gap, that affect the level of stresses in a system casting – mold. Calculations were carried out in our own computer program which is an implementation of the finite element method used to solve the equations describing a thermo-elastic-plastic model of material and the heat conduction, including solidification. In the computing algorithm we use our own criteria for mechanical interaction between the casting and mold domains. Our model of mechanical interactions between the casting and the mold allows efficient modeling of stresses occurring in the casting and an impact of development of the shrinkage gap on cooling course.

PL

W artykule przedstawiamy opis oddziaływań cieplnych, uwzględniający tworzącą się szczelinę skurczową, które wpływają na poziom naprężeń w układzie odlew – forma odlewnicza. Obliczenia przeprowadzono we własnym programie komputerowym będącym implementacją metody elementów skończonych użytej do rozwiązania równań opisujących termosprężysto–plastyczny model materiału oraz przewodzenia ciepła z uwzględnieniem krzepnięcia. W algorytmie obliczeniowym wykorzystujemy własne kryteria wzajemnego oddziaływania mechanicznego obszarów odlewu i formy odlewniczej. Opracowany model oddziaływań mechanicznych między odlewem a formą odlewniczą pozwala na efektywne modelowanie naprężeń powstających w odlewie oraz wpływ rozwoju szczeliny skurczowej na przebieg stygnięcia.

5

Numerical analysis of influence of the mold material on the distribution of shrinkage cavities

Dyja R.

Archives of Foundry Engineering

|

2013

|

Vol. 13, iss. 1

15--18

EN

Production of castings, like any other field of technology is aimed at providing high-quality product, free from defects. One of the main causes of defects in castings is the phenomenon of shrinkage of the casting. This phenomenon causes the formation of shrinkage cavities and porosity in the casting. The major preventive measure is supplementing a shortage of liquid metal. For supplement to be effective, it is necessary to use risers in proper shapes. Usually, the risers are selected on the basis of determination the place of formation of hot-spots in the castings. Although in these places the shrinkage defects are most likely to occur, shape and size of these defects are also affected by other factors. The article describes the original program setting out the shape and location of possible cavities in the casting. In the program is also taken into account the effect of temperature on the change in volume of liquid metal and the resultant differences in the shape and size of formed shrinkage cavities. The aim of the article is to describe the influence that have material properties of the mold on the simulation results.

6

Simulation of the cavities formation in solidifying castings

Dyja R.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 2

85--88

EN

An important aspect of foundry technology is to design a proper gating system that takes into account the appropriate arrangement and shape of the risers. On the one hand, such a system should guarantee to get casting free of defects, on the other hand it should be economical. This conflict can be especially seen in the design of risers. Simulations of solidification can be helpful in designing a suitable gating system. Unfortunately, it is inadequate to rely only on the simulation of temperature distribution in solidifying body. It is required to take properly into account the behavior of the liquid metal. The presented work refers to computer simulations of formation of cavities in solidifying castings. The proposed solution is based on the results of calculations of temperature distribution in the solidifying casting obtained by finite element method. Based on these results and the fact that domain of casting is discretized, it was possible to create a method that allows the user to find the location and size of the shrinkage cavity, taking into account the basic physical laws of liquid metal behavior. Robustness of the proposed solution is shown by examples of simulation for various shapes of castings. Results presented in the article are obtained from simulations, which take into account differences in the gating system. Impact of these differences on the predicted location of cavities is discussed in the text.

PL

Istotnym aspektem technologii odlewniczej jest zaprojektowanie prawidłowego układu wlewowego, uwzględniającego odpowiednie rozmieszczenie i kształt nadlewów. Z jednej strony układ taki powinien gwarantować uzyskanie odlewu pozbawionego wad, a z drugiej powinien charakteryzować się odpowiednią ekonomicznością. Tę sprzeczność widać zwłaszcza w projektowaniu nadlewów. Pomocą w zaprojektowaniu odpowiedniego układu mogą być symulacje krzepnięcia. Niestety, opieranie się tylko na wynikach dotyczących rozkładu temperatur jest niewystarczające. Wymagane jest odpowiednie uwzględnienie zachowania się ciekłego metalu. Prezentowana praca dotyczy symulacji komputerowych, na podstawie których można prognozować miejsca powstawania jam skurczowych w krzepnących odlewach. Proponowane rozwiązanie bazuje na wynikach obliczeń rozkładu temperatury w krzepnącym odlewie uzyskanych metodą elementów skończonych. Bazując na tych wynikach, a także na dokonanej dyskretyzacji obszaru zadania, udało się stworzyć metodę, która pozwala określić miejsce wystąpienia jamy skurczowej przy uwzględnieniu podstawowych praw fizycznych zachowania ciekłego metalu. Jakość działania proponowanego rozwiązania zaprezentowana została na przykładzie symulacji dla różnych kształtów odlewów. Wyniki zamieszczone w artykule uwzględniają warianty symulacji, w których w obszarze zadania występują różnice dotyczące umiejscowienia nadlewów. Wpływ tych różnic na prognozowane położenie jam skurczowych został omówiony w treści pracy.

7

A picture that is something more than just a picture

Dyja R., Jakubski A.

Scientific Issues of Jan Długosz University in Częstochowa. Mathematics

|

2011

|

Vol. 16

111--116

EN

Our paper presents the ways of hiding information with the usage of a digital picture. A branch of science that deals with hiding messages in the wider media is called steganography. Due to the rapid expansion of Internet and the associated in rease in data exchange, this field appears to be a subject of interest. In this paper we present our own algorithms of hiding data in pictures and their implementations.

8

3D simulation of alloy solidification in the NuscaS system

Dyja R., Mikoda J.

Prace Naukowe Instytutu Matematyki i Informatyki Politechniki Częstochowskiej

|

2011

|

Vol. 10, nr 1

33-40

EN

The authors present the capabilities of the authorial software in the field of engineering simulation. This system uses the finite element method. It enables the performance of simulations of phenomena described by partial differential equations. Currently the NuscaS system consists of: a library of finite elements, a finite elements mesh generator as well as modules for performing simulations of heat transfer and solidification. The module of solidification enables one to conduct simulations of equilibrium solidification of two component alloys for three-dimensional problems. This paper presents the results of exemplar simulations that illustrate the capabilities of the described tool. These results consist of cooling curves, charts of part of the solid phase in the cast, fields of temperature in the cast and casting mould. The paper concludes with remarks and discussion of the obtained results.

9

Method for determining the formation of shrinkage defects in the castings

Dyja R., Sczygiol N.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 4

35-40

EN

Simple simulations of solidification of metals and alloys generally provide results for determining the temperature distribution in a given time or solidification time for the specific locations of the casting. These data allow to unambiguously determine the position of thermal centers. However, knowledge about the location of thermal centers is not synonymous with the information about the location of any shrinkage defects in the casting, because the physical behaviour of molten metal should be still considered. This paper presents authors' own method of predicting the formation of shrinkage defects in the castings, basing on solidification simulation results, taking into account the basic rules of behaviour of the molten metal. The effectiveness of the method has been tested on the basis of example simulations performed for the flat shape of the casting inlet systems. The advantage of the method is that it requires little additional computational effort. The article is summarized by conclusions reached on the basis of simulations, as well as the program for further work containing possible improvements of the algorithm.

10

The application of the Morris method for determination of ranges of parameters variation, having assumed influence of calculation result

Sczygiol N., Dyja R.

Computer Methods in Materials Science

|

2008

|

Vol. 8, No. 4

196-202

EN

A method of sensitivity analysis for determining acceptable ranges of uncertainty of tested model's parameters was presented in this paper. Our approach is based on Morris method with modified sensitivity indicator. Solver from NuscaS system, which enables making simulation of casts solidification made from two-component alloys was used as a model. This model is built on the basis of the finite elements method, which is used to solve thermal conduction problem. Enthalpy formulation was used by the considered model. Acceptable ranges of parameters' uncertainty are determined in the way that parameters' values increases caused previously assumed changes of resulting quantity.

PL

W pracy przedstawiony jest sposób wykorzystania analizy wrażliwości do wyznaczenia dopuszczalnych przedziałów nie-pewności parametrów badanego modelu. Wykorzystywaną metodą jest metoda bazująca na metodzie Morrisa ze zmodyfikowanym wskaźnikiem wrażliwości. Badanym modelem jest solwer systemu NuscaS, który pozwala na przeprowadzanie symulacji krzepnięcia odlewów wykonanych ze stopów dwu-składnikowych. Model ten zbudowany jest w oparciu o metodę elementów skończonych, która wykorzystana jest do rozwiązania równania przewodzenia ciepła. Badany model wykorzystuje sformułowanie entalpowe do uwzględnienia zjawisk związanych z krzepnięciem. Dopuszczalne przedziały niepewności parametrów wyznaczane są w taki sposób, aby przyrosty wartości parametrów powodowały założone uprzednio zmiany wielkości wynikowej.

11

The use of Morris method in sensitivity analysis of a numerical model of solidification

Sczygiol N., Dyja R.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 2

250-254

EN

Numerical models which are created nowadays can be characterised by a high degree of complication. This complication concerns mainly big number of parameters of a model. As it turns out, not all parameters have equal influence on received results. Some of parameters have dominant influence, whereas influence of the other parameters is marginal and can be neglected with success. This means that part of parameters which are costly to determine and determination of which can require long-lasting research can be skipped in a given model without large influence on received results. And vice versa: some parameters which have dominant influence on results should be specified with the highest possible precision. Sensitivity analysis deals with the task of division of these parameters with regard on received results. In the sensitivity analysis we can distinguish between a local approach as well as a global approach. In case of the local approach the task is to investigate the influence of changes of individual parameter on received results with an assumption of unchangeability of other parameters. On the other hand, the global approach implies that the values of remaining parameters undergo changes, too. Many methods, varying among other things in computational time, belong to the global sensitivity analysis. The presented work concentrates on global sensitivity analysis, and particularly on one of method which belongs to global sensitivity analysis methods. Method used in this work is known in literature as Morris method. The most important feature of Morris method is its cheapness, which means the possibility to obtain the results with comparatively small effort of calculations. This feature enables its usage in case of models requiring qualification of many parameters, as well as in case when the models require many calculations. Such a situation takes place in case of numerical modelling of solidification process. And for this reason Morris method was decided to be used in sensitivity analysis of numerical model of solidification, because numerical modelling of solidification requires long time of calculations. In the presented work a solver that is part of Nuscas system is analysed. Nuscas is developed in the Institute of Computer and Information Sciences at Czestochowa University of Technology. The solver, which is used in numerical simulation of solidification process makes it possible to choose between explicit capacity and basic enthalpy formulation. It is also possible to choose the model of solid phase growth from models of equilibrium, nonequilibrium and intermediate growth of solid phase. The executed sensitivity analysis permits to rank given parameters with respect to their influence on received results. That knowledge allows distinction of particularly important parameters, as well as these parameters, which have little influence.

PL

W przedstawionej pracy zamieszczone jest omówienie analizy wrażliwości numerycznego modelu krzepnięcia za pomocą metody Morrisa. Analiza wrażliwości pozwala na badanie wpływu poszczególnych parametrów na uzyskiwane wyniki. Pozwala to ustalić parametry, które mają znaczny wpływ na wyniki, jak również te, których wpływ jest niewielki. Metoda Morrisa jest szczególnie przydatna do badania modeli, wymagających dużego nakładu obliczeń lub są opisane dużą liczbą parametrów, z powodu niewielkiej wymaganej przez nią wyk nanych symulacji komputerowych. Analiza wrażliwości numerycznego modelu krzepnięcia opracowanego przez autoró pracy jest przedstawiona jako przykład zastosowania metody Morrisa.

12

Evaluating the influence of selected parameters on sensitivity of a numerical model of solidification

Sczygiol N., Dyja R.

Archives of Foundry Engineering

|

2007

|

Vol. 7, iss. 4

159-164

EN

Presented paper contains evaluation of influence of selected parameters on sensitivity of a numerical model of solidification. The investigated model is based on the heat conduction equation with a heat source and solved using the finite element method (FEM). The model is built with the use of enthalpy formulation for solidification and using an intermediate solid fraction growth model. The model sensitivity is studied with the use of Morris method, which is one of global sensitivity methods. Characteristic feature of the global methods is necessity to conduct a series of simulations applying the investigated model with appropriately chosen model parameters. The advantage of Morris method is possibility to reduce the number of necessary simulations. Results of the presented work allow to answer the question how generic sensitivity analysis results are, particularly if sensitivity analysis results depend only on model characteristics and not on things such as density of the finite element mesh or shape of the region. Results of this research allow to conclude that sensitivity analysis with use of Morris method depends only on characteristic of the investigated model.