哈尔滨工业大学
《材料加工过程数值模拟基础》实验课程
铸件充型凝固过程数值模拟实验报告
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材料科学与工程学院
铸件充型凝固过程数值模拟实验报告
实验一：铸件凝固过程数值模拟
一、实验目的
1．学习有限差分法温度场模拟的数学模型和基本思路；
2．掌握用AnyCasting 铸造模拟软件进行温度场模拟的方法。
二、实验原理
1．有限差分法温度场模拟的基本思路：
设计铸造工艺方案→根据定解条件求解能量方程→揭示凝固行为细节→预测凝固缺陷→改进工艺方案，返回第二步循环。
2．有限差分法温度场模拟的数学模型：
222222T T T T L C t x y z t
r l 骣抖抖?÷?÷=+++?÷÷?抖抖?桫 三、铸件凝固模拟过程及参数设置
1．凝固模拟过程
铸件、浇冒口等三维实体造型（输出STL 文件）→网格剖分、纯凝固过程参数设置等前处理→凝固温度场和收缩缺陷计算模拟数据→后处理得到动态的液相凝固、铸件色温图和缩孔缺陷等文件。
2．参数设置
铸件材质：AC1B
铸型材质：SM20C
初始条件：上下模500℃，侧模400℃，升液管700℃。
边界条件：所有界面与空气间的界面传热系数都为10W/(m 2?K)，熔融金属液与模具之间的界面传热系数为4000 W/(m 2?K)，各部分模具间和模具与升液管间界面传热系数都为5000 W/(m 2?K)。
四、模拟结果
图1 冷却时间
由于模拟中设置了水冷和空冷条件，所以铸件冷却速度较快。由图1可知凝固首先发生在铸件表面，铸件的轮辋区厚度较薄，冷却速度比轮辐处冷却快。内浇口先于轮辐凝固，在内浇口凝固后升液管内铝合金熔液无法对轮毂进行补缩，
则在轮毂中最后凝固处容易产生缩松缩孔。
图2 冷却率
由冷却率分布情况可知凝固过程中各部分冷却速率不同，可以判断出凝固时
内应力较大的区域，在应力较大区域铸件容易产生裂纹缺陷。
由模拟结果中铸件的温度场情况，合理设置工艺参数减少缩松缩孔及裂纹的
产生，合理布置冷却水管的分布位置。
实验二：铸件充型过程数值模拟
一、实验目的
1．学习有限差分法流动场模拟的数学模型和基本思路；
2．掌握用AnyCasting 铸造模拟软件进行流动场模拟的方法。
二、实验原理
1．有限差分法流动场模拟的基本思路：
设计工艺方案→根据定解条件求解N-S 方程、连续性方程→揭示充型行为细节→预测充型缺陷→改进工艺方案，返回第二步循环。
2．有限差分法流动场模拟的数学模型：
Navier-Stokes 方程
222222222222222222()()()()()()x x x x x x x x y z x y y y y y y y x y z y z z z z z z z x y z v v v v v v v P v v v g t x y z x x y z v v v v v v v P v v v g t
x y z y x y z v v v v v v v P v v v t x y z z x y z ρηρρηρρη????????+++=++-+????????????????+++=++-+????????????????+++=++-????????z g ρ?????????+??
连续性方程
0y x z v v v x y z
???++=??? 三、铸件充型模拟过程及参数设置
1．充型模拟过程
铸件、浇冒口等三维实体造型（输出STL 文件）→网格剖分、纯充型过程参数设置等前处理→流动场模拟计算数据→后处理得到动态的体积充填、充型速度和流体压力等文件。
2．参数设置
铸件材质：AC1B
铸型材质：SM20C
初始条件：上下模500℃，侧模400℃，升液管700℃。
边界条件：所有界面与空气间的界面传热系数都为10 W/(m2?K)，熔融金属液与模具之间的界面传热系数为4000 W/(m2?K)，各部分模具间和模具与升液管间界面传热系数都为5000 W/(m2?K)。
四、模拟结果
图3 充型时间
图3中颜色表示铸件各部分充型的时间，左边的色谱图表示不同颜色代表的时间范围。由图3可知轮毂充满的时间为1.5532s。
图4 充型1.2294s
图5 充型1.5193s
由图4可知在1.2294s时熔液在图示位置交汇。如图5可知，熔液最后充填位置为轮辋上边缘。
在充型过程中，表层铝熔液接触空气产生的氧化物质，被铝熔液冲刷掉的模具敷料等杂质将会浮在液流前端。在铝熔液交汇时容易夹杂在熔液中间并凝固在轮毂内部，在受外界应力时容易在此处产生裂纹从而危及汽车行驶安全。所以需要在易产生夹杂的位置设置溢料槽将最先交汇的铝合金熔液导入溢料槽中，并在
后期机加工环节切除，从而保证轮毂的质量。
铸造过程模拟仿真 1、概述 在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。 凝固过程数值模拟可以实现下述目的： 1）预知凝固时间以便预测生产率。 2）预知开箱时间。 3）预测缩孔和缩松。 4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。 5）控制凝固条件[1]。 为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础，温度场模拟技术的发展历程最长，技术也最成熟。温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。所采用的计算方法主要有：有限差分法、有限元法、边界元法等；所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法；潜热处理方法有：温度回升法、热函法和固相率法。 自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路，在全世界范围内产生了积极的影响，许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。在铸造工艺过程中，铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单，因此，各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。继丹麦人之后，美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究，且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好；进入70年代后，更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中，相继开展了有关研究与应用，理论研究与实际应用各具特色。其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。我国的铸件凝固过程温度场数值模拟研究始于70年代末期，沈阳铸造研究所的张毅高级工程师与大连工学院的金俊泽教授在我国率先开展了铸造工艺过程的计算机数值模拟研究工作，虽然起步较晚，但研究工作注重与生产实践密切结合，取得了较好的应用效果，形成了我国在这一研究领域的研究特色[2]。 1988年5月，在美国佛罗里达州召开的第四届铸造和焊接计算机数值模拟会议上，共有来自10个研究单位的从事铸造凝固过程计算机数值模拟技术研究的专家和学者参加了会议组织的模拟斧锤型铸件凝固过程的现场比赛。由于该铸件在几何形状上属复杂类型，模拟计算有一定的难度。从比赛结果看，绝大部分的模拟结果与实际测温结果相吻合。此次比赛得出如下结论[8]： l）铸件凝固过程的计算机模拟达到了相当的水平，如三维自动刻分、三维模拟计算、三维温度场显示等，并产生了一些软件包，如日立公司的HICASS、丹麦的Geomesh、大阪大学的SOLAM及亚琛的CASTS等。 2）模拟计算的结果都接近实测，这说明有限差分、有限元和边界元这三种计算方法对温度场计算都能满足精度要求，同时也说明了铸件凝固过程温度场计算机模拟计算技术已趋成熟。
实验一机构及机械零件认知实验 一、实验目的 1、通过观察典型机构运动的演示，初步了解《机械原理》课程所研究的各种常用机构的结 构、类型、特点及应用实例。 2、学会根据各种机械实物模型，绘制机构运动简图，分析和验证机构自由度。 3、初步了解《机械设计》课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及用。 4．了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准。 5．了解各种传动的特点及应用。 6．增强对各种零部的结构及机器的感性认识。 二、实验方法 陈列室展示各种常用机构的模型及各种零件，实验教师只作简单介绍，提出问题，供学生思考，学生通过观察，对常用机构的及基本零件的结构、类型、特点有一定的了解，增强对学习机械基础课程的兴趣。 三、实验内容 1.机构认知 (一) 机器的认识 机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。 (二) 平面四杆机构 分成三大类：铰链四杆机构；单移动副机构；双移动副机构。 (三) 凸轮机构 把主动件的连续转动，变为从动件严格按照预定规律的运动。只要适当设计凸轮廓线，便可以使从动件获得任意的运动规律。凸轮机构有三部分：凸轮、从动件、机架。 (四) 齿轮机构 根据轮齿的形状齿轮分为：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：平行轴传动、相交轴传动、交错轴传动三大类。 (五) 周转轮系 根据自由度不同，周转轮系又分为行星轮系和差动轮系。差动轮系能将一个运动分解
为两个运动或将两个运动合成为一个运动。 (六) 其他常用机构 其他常用机构常见的有棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮机构等。 2.机械零件认知 （一）螺纹联接 螺纹联接主要用作紧固零件。 常用的有普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿螺纹。前三种主要用于联接，后三种主要用于传动。 基本类型有普通螺栓联接，双头螺柱联接、螺钉联接及紧定螺钉联接。还有一些特殊结构联接，地脚螺栓联接，吊环螺钉等。 （二）键、花键及销联接 1．键联接：键是标准零件，用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。其主要类型有：平键联接、楔键联接和切向键联接。 2．花键联接：花键联接是由外花键和内花键组成。适用于定心精度要求高、裁荷大或经常滑移的联接。 3．销联接：主要用来固定零件之间的相对位置时，称为定位销，是组合加工和装配时的重要辅助零件；用于接接时，称为联接销，可传递不大的载荷；作为安全装置中的过载剪断元件时，称为安全销。销有圆锥销、槽销、销轴和开口销等，均已标准化。 （四）机械传动 机械传动有螺旋传动、带传动、链传动、齿传动及蜗杆传动等。 螺旋传动：螺旋传动是利用螺纹零件工作的。按其用途可分传力螺旋、传导螺旋及调整螺旋三种；按摩擦性质不同可分为滑动螺旋、滚动螺旋及静压螺旋等。但其结构简单，加工方便，易于自锁，运转平稳，但在低速时可能出现爬行。 带传动：具有中心距大、结构简单、超载打滑（减速）等特点。常有平带传动、V型带传动，多楔带及同步带传动等。V型带为一整圈，无接缝，能产生更大的摩擦力，再加上传动比较大、结构紧凑，并标准化生产，因而应用广泛。 链传动：与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率高。 齿轮传动：效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定等。可做成开式、半开式及封闭
《熔化和凝固》 教学设计 西城区北京四中李丽娟 教学设计思路： “物态变化”一章研究了物质常见的3种状态间的6个变化。虽然这节课位于第四章的第二节，但“熔化和凝固”是学生即将要学习的六个变化中的第一对变化。本节教学的关键是晶体、非晶体熔化实验的数据分析，所以完成晶体、非晶体熔化实验是本节课的前提。这节课中，学生是第一次在一个实验中使用如此复杂的仪器，第一次观察和记录如此多的现象和数据，第一次学习用图像的方法分析数据找规律，所以，教师和学生必须在课前做好充足的准备，才能在课堂上完成这个探究实验，获得有效的实验数据，进行分析，找到规律。教师认为，在一节课的时间里，学生如果每一个探究的环节都在课堂里进行，教学任务是完成不了的，所以将制定计划、设计实验的环节提前布置由学生在家完成，要求学生根据教师给出的问题进行深入的思考，并写出部分的实验报告，课堂上直接进行交流。另外，这节课主要是通过实验获得固体熔化的实验数据，画出温度随加热时间变化的关系图像，所以本节课中暂不训练学生组装实验仪器的能力，教师事先调整好实验装置，做实验前先向学生介绍实验装置，学生只需将“熔化和凝固实验器”装入大烧杯的热水中就可以进行实验了。这个实验中使用的“熔化和凝固实验器”及采用“水浴法”加热，很好的解决了海波受热不均的问题，使固液共存的状态可以清楚地被记录下来，降低了学生学习的难度。为了能够在有效的时间里完成教学任务，教师还将全班分成两个大组，分别、同时进行海波和石蜡熔化过程的探究。具体教学环节如下： 本节课先用温度计测冰水混合物的温度，既复习了旧知识，也引起学生对冰熔化时温度的关注。实验的器材外观很大，教师在上课前将实验装置摆放在正对实验室门口的位置，引导学生进实验室的时候先读出温度计的示数，不仅激发了学生学习的兴趣，同时此演示实验还隐含着本节课的知识--晶体的熔化。 新课引入时，通过丰富、漂亮的图片让学生感受物质的不同物态，再由两个生活中常见的对比实验引出本节课的主要知识“熔化和凝固”，展示“铁熔化为铁水”的图片，提出本节课的探究课题：“探究固体熔化过程中的温度变化规律”。学生先展示和交流提前预习完成的实验方案，然后开始动手实验，教师在这节课中将利用温度传感器与学生一起完成实验。分析实验数据时，将采用一种新的方法--图像法，这是本节课要着重解决的重点。教师采用先由学生初步分析，互相讨论、补充，教师一边引导的方式得出初步的结论，再带领学生整理、归纳，得出晶体熔化温度变化的规律，在这个过程中使学生理解怎样看物理的图像，怎样分析物理的图像，怎样从图像的分析中找到规律，体会出图像直观，形象的特点。接下来由学生自行分析石蜡融化的图像，巩固落实图像法。通过对比海波和石蜡熔化时的图像，得出固体可以分为两类----晶体和非晶体。 通过分析，是学生了解熔化的条件；通过资料表查出海波的熔点，引导学生对比所作实验，继续思考、做出评估；通过资料表查出冰的熔点，再测冰水混合物的温度，呼应开篇，提出问题：“冰水混合物的温度与冰的多少有关吗”？引导学生观察冰变少了，但是冰水混合物的温度还是00C，加深对熔化过程的理解；教师视频展示课前做的“水的凝固”实验，并展示教师记录的数据，学生根据实验数据验证自己的猜想，教师再展示晶体和非晶体的熔化和凝固图像，加深对熔化和凝固图像的理解。 最后布置学生在家完成“水凝固和冰熔化”的实验，做出水凝固和冰熔化过程中温度随时间变化的图像，并查资料，了解“熔化和凝固的应用”，将科学探究延伸到课外。
中南大学 计算机仿真与建模 实验报告 题目：理发店的服务过程仿真 姓名：XXXX 班级：计科XXXX班 学号：0909XXXX 日期：2013XXXX
理发店的服务过程仿真 1 实验案例 (2) 1.1 案例：理发店系统研究 (2) 1.1.1 问题分析 (3) 1.1.2 模型假设 (3) 1.1.3 变量说明 (3) 1.1.4 模型建立 (3) 1.1.5 系统模拟 (4) 1.1.6 计算机模拟算法设计 (5) 1.1.7 计算机模拟程序 (6) 1实验案例 1.1 案例：理发店模拟 一个理发店有两位服务员A和B顾客随机地到达该理发店,每分钟有一个顾客到达和没有顾客到达的概率均是1/2 , 其中60%的顾客理发仅用5分钟,另外40%的顾客用8分钟. 试对前10分钟的情况进行仿真。 （“排队论”，“系统模拟”，“离散系统模拟”，“事件调度法”）
1.1.1 问题分析 理发店系统包含诸多随机因素，为了对其进行评判就是要研究其运行效率， 从理发店自身利益来说，要看服务员工作负荷是否合理，是否需要增加员工等考 虑。从顾客角度讲，还要看顾客的等待时间，顾客的等待队长，如等待时间过长 或者等待的人过多，则顾客会离开。理发店系统是一个典型的排队系统，可以用 排队论有关知识来研究。 1.1.2 模型假设 1． 60％的顾客只需剪发，40％的顾客既要剪发，又要洗发； 2． 每个服务员剪发需要的时间均为5分钟，既剪发又洗发则花8分钟； 3． 顾客的到达间隔时间服从指数分布； 4． 服务中服务员不休息。 1.1.3 变量说明 u ：剪发时间（单位：分钟），u=5m ； v: 既剪发又理发花的时间（单位：分钟），v=8m ； T ： 顾客到达的间隔时间，是随机变量，服从参数为λ的指数分布，（单位： 分钟） T 0：顾客到达的平均间隔时间（单位：秒），T 0＝λ 1； 1.1.4 模型建立 由于该系统包含诸多随机因素，很难给出解析的结果，因此可以借助计算机 模拟对该系统进行模拟。 考虑一般理发店的工作模式，一般是上午9：00开始营业，晚上10：00左 右结束，且一般是连续工作的，因此一般营业时间为13小时左右。 这里以每天运行12小时为例，进行模拟。 这里假定顾客到达的平均间隔时间T 0服从均值3分钟的指数分布， 则有 3小时到达人数约为603 603=?人， 6小时到达人数约为1203 606=?人， 10小时到达人数约为2003 6010=?人， 这里模拟顾客到达数为60人的情况。 （如何选择模拟的总人数或模拟总时间）
铸件充型凝固过程数值模拟 1 概述 欲获得健全的铸件，必先确定一套合理的工艺参数。数值模拟或称数值试验的目的，就是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算，分析工艺参数对工艺实施结果的影响，便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化，以及寻求工艺问题的尽快解决办法。 铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域，包括熔融金属流动和传热数值计算，主要用于液态金属充填铸型过程；铸件铸型传热过程数值计算，主要用于铸件凝固过程；应力应变数值计算，用于铸件凝固和冷却过程；晶体形核和生长数值计算，主要用于金属铸件显微组织形成过程和铸件机械性能预测；传热传质传动量数值计算，主要用于大型铸件或凝固时间较长的铸件的凝固过程。数值计算可预测的缺陷主要是铸件形成过程中易发生的冷隔、卷气、缩孔、缩松、裂纹、偏析、晶粒粗大等等，另外可以通过数值计算，提出合理的铸造工艺参数，包括浇注温度、铸型温度、铸件凝固时间、打箱时间、冷却条件等等。目前，用于液态金属充填铸型过程的熔融金属流动和传热数值计算以及用于铸件凝 固过程的铸件铸型传热过程数值计算已经比较成熟，逐渐为铸造厂家在实际生产中采用，下面主要介绍这两种数值试验
方法。 1.1 数学模型 熔融金属充型与凝固过程为高温流体于复杂几何型腔内作有阻碍和带有自由表面的流动及向铸型和空气的传热过程。该物理过程遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，假设液态金属为常密度不可压缩的粘性流体，并忽略湍流作用，则可以采用连续、动量、体积函数和能量方程组描述这一过程。 质量守恒方程 ? u/? x+? v/? y+? w/? z= 0 (2-1) 动量守恒方程 ?（ρ u）/? t+u?（ρ u）/? x+v?（ρ u）/? y+w?（ρ u） /?z = -? p/? x+μ(?2u/? x2+?2v/?y2+? 2w/? z2)+ρ g x (2-2a) ?（ρ v）/? t+u?（ρ v）/? x+v?（ρ v）/? y+w?（ρ v） /?z = -? p/?y+μ (?2u/?x2+?2v/?y2+? 2w/? z2)+ρ
第二节熔化和凝固 ?教学目标 一、知识与能力 1. 理解气态、液态和固态是物质存在的三种形态. 2?了解物质的固态和液态之间是可以转化的. 3. 了解熔化、凝固的含义，了解晶体和非晶体的区别. 4. 了解熔化曲线和凝固曲线的物理含义. 二、过程与方法 1. 通过观察晶体与非晶体的熔化、凝固过程培养观察能力. 2. 通过探究固体熔化时温度变化的规律，感知发生状态变化的条件.培养学生的实验能力和分析概括能力. 3. J. 三、情感态度与价值观 1. 通过教学活动，激发学生对自然现象的关心，产生乐于探索自然现象的情感. 2. 通过实验培养学生善于实践和勇于克服困难的良好意志和品质. ?教学重点 通过观察晶体与非晶体的熔化、凝固过程培养观察能力，实验能力和分析概括能力. ?教学难点 指导学生通过对实验的观察，分析概括，总结出固体熔化时温度变化的规律，并用图象表示出来. ?教学方法 观察法、实验法、分析法、讨论法 ?教学用具 酒精灯、铁架台、石棉网、温度计二支、海波、石蜡、水、火柴、坐标纸、投影仪 ?课时安排 1课时 ?教学过程 一、创设情境，提出问题，导入新课 ［师］春天来了，河面上的冰开始熔化成水.炎炎的夏天，洒在地上的水干了，变成看不见的水蒸气，跑得无影无踪.想了解这是为什么吗？我们从这节课开始学习.在你们小学《自然常识》中学过自然界的物质，还记得吗？ ［生甲］自然界的物质常以固态、液态和气态三种形态存在着. 「牛-乙］冰是固体，水雄液体，水蒸气是气体 ［生丙］物质的状态不是一成不变的.当物体温度发生变化时，物质的状态也往往发生改变. ［师］大家回答地很好.确实是随着温度的变化，物质会在固、液、气三种状态之间变化.通常是固态的铝、铜、铁等金属，在很高的温度时也会变成液态、气态；通常是气态的氧气、氮气、氢气等，在温度很低时也会变成液态、固态那么，水结成冰和冰熔化成水属于什么过程？ ［生甲］物质从固态变成液态的过程叫做熔化（melting）.
实验四十四 声悬浮实验 【实验目的】 1. 观察声悬浮现象，并利用声悬浮现象测量声速； 2. 用驻波法（共振干涉法）和时差法测量声速。 【实验方案】 一般地讲，弹性介质中的纵波都被称为声波。频率在20～20000Hz 之间的声波，能引起人的听觉，称为可闻声波，也简称声波。频率低于20Hz 的叫做次声波，高于20000Hz 的叫做超声波。 介质中有声波传播时的压力与无声波时的静压力之间有一差额，这一差额称为声压。声波是疏密波，在稀疏区域，实际压力小于原来的静压力，声压为负值；在稠密区域，实际压力大于原来的静压力，声压为正值。以p 表示声压，则有 )sin(kx t p p m --=ω （1） 其中，ω=2π/T ，为声波的角频率；k =2π/λ，为声波的角波数；而声压振幅 ωρuA p m = （2） 其中ρ为介质密度，u 为声波波速（简称声速），A 为声波振幅，ω为声波角频率。由（2）式可知，声压的大小由4个物理量来决定。因为声速的大小仅由声波传播时所经过的介质来决定，所以在传播介质一定的情况下，声压的大小主要取决于声波的振幅和频率。 声强就是声波的强度，即为 u p uA I m ρωρ2222121== （3） 声悬浮是利用高强度声波产生的声压来平衡重力，从而实现物体悬浮的一种技术。由于驻波产生的声压远大于行波，所以声悬浮实验普遍采用驻波。 一个最简单的驻波系统可由一个声发射端和一个声反射端构成，即形成一个谐振腔。发射端到反射端的距离L 是可调的，以满足驻波条件。如果将声场近似看作平面驻波，则驻波条件为 3212，，，==n n L λ ， （4） 发射面和反射面是声压的两个波腹，声压波节位于λ/4，3λ/4，5λ/4，…处。在声压波节处，声辐射力具有回复力的特性，即一旦样品有所偏离，就会被拉回原位置，所以声压波节就是样品的稳定悬浮位置。因此可以悬浮的样品数应为n 个，且两个样品之间的距离为λ/2。通常，选择声波的传播方向与重力方向平行，以克服物体的重力。较重的物体，其悬浮位置会偏向声压波节的稍下方。 以悬浮一个半径为r 的小球为例，若平面驻波的声压为 ) sin()cos(t kx p p m ω= （5） 则它在小球上产生的声辐射力为 )2sin(265322kh r p F m ??? ??=λπρωπ （6）
计算机模拟手工实验 学生实验报告 学院：商学院 课程名称：计算机模拟手工实验 专业班级： 姓名： 学号：
学生实验报告 第一部分：实验概况与内容 一、实验的目的及要求 1、实验目的 本实验以模拟企业的实际会计工作为基础，按照企业会计制度和企业会计准则的要求，进行操作训练，有目的地检验和复习所学的会计理论、方法、技能和技巧通过实际的操作，使我们能够比较系统、全面地掌握工业企业会计核算的基本程序和具体方法，加强我们对会计基本理论的理解和对会计基本技能的掌握，把枯燥、抽象的书本知识转化为实际、具体的操作，使我们能够形象地掌握各种业务的处理及记账凭证的填写方法，掌握账簿的处理及登记方法，掌握成本核算方法，掌握各种报表的编制方法，掌握会计资料的整理归档方法，同时，我们可以体验在不同岗位进行不同操作，使之在实验中，培养职业道德和职业判断能力，提高职业工作能力，为我们今后从事会计实务工作打下扎实的基础。 2、实验要求 ①熟悉会计工作的基本流程，工作内容以及工作规范等基础知识； ②能够熟练的进行对实验企业所发生各经济业务的会计核算和账务处理； ③掌握实验企业建立账户、填制凭证，登记账簿、编制报表等会计实务操作流程。 二、实验内容 1、企业基本情况 津阳市永安公司是批零兼营的以零售为主的商品流通企业，主要经营五金、百货、家电等商品，分设一部四柜组，其中一部为批发部，四柜组为小百货组、五金家电组、鞋帽组、针织服装组。
开户行及账号：中国工商银行贵溪分理处 5189958。 地址：津阳市盛兴路160号。 经营规模：一般纳税人，适用增值税税率为17%。 纳税人识别号：235678902283156。 所得税税率：25% 2、内部主要财务会计制度 （1）批发商品流转业务核算的有关规定和要求： ①库存商品采用数量进价金额核算法，按商品品名开设明细账进行数量进价金额核算。 ②“商品销售收入”、“商品销售成本”账户按批发设置明细账，以便结转成本。 ③商品销售使用增值税专用发票，税率为17%。 ④商品销售成本本月末采用先进先出法，在“库存商品——批发”账户中倒算并结转成本。平时只填制出库单。 （2）零售商品流转业务核算的有关规定和要求： ①库存商品采用售价金额核算法，“库存商品”账户按零售分设小百货组、五金家电组、鞋帽组、针织服装组分户进行明细核算。 ②“商品销售收入”、“商品销售成本”账户按批发设置明细账，以便结转成本。 ③商品销售使用增值税专用发票，税率为17%。 ④商品销售实行“价税合一”、平时“商品销售收入”反映含税（增值税、下同）销售额，月末按下列公式调整为不含税销售额，以此计算冲销已销商品收入所含的增值税（进项税额）。不含税销售额=含税销售额/ （1+增值税税率） ⑤商品销售成本按含税销售额随销随转办法，注销书屋负责人的经济责任。 ⑥“商品进销差价”账户反映含税售价与不含说进价之差的数额，并按前述四柜组分别核算。 ⑦月末，按分类（柜组）差价率计算法计算并分摊已销商品实现的进销差价。（3）本公司采用的是非定额的备用金制度 3.实验过程
学生学号0120801080128 实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名朱春东、钱东升 学生姓名王丹丹 学生专业班级成型0801 2011-- 2012学年第一学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
凝固模拟实验 【实验性质】综合性实验；学时：4 ；选做实验 1实验目的 通过模拟实验了解实际高温钢液凝固过程，观察以下三种现象： （1）直接观察自然对流现象，目测其流速，观察宏观组织（Λ形偏析）形成的过程及“沟槽”产生的方位。 （2）观察结晶雨现象导致钢锭底部的负偏析（沉积锥）。 （3）观察凝固过程中氯化铵形成的基本晶形。 2实验原理及设备 2.1实验原理 金属凝固过程是从液态转化为固态的过程，从微观来讲，凝固就是金属原子从无序状态到有序状态的排序过程。也就是液态中无规则原子集团转变为原子按一定规则排列的固态结晶。从宏观来讲，是把液态金属所储藏的热和凝固潜热通过模壁转移到外界，使液态金属转变成为具有一定形状的固体金属。整个凝固过程将发生一系列的物理化学变化。 凝固过程的收缩，密度的差异以及温度场的变化而产生的自然对流现象对钢坯的质量影响是特别显著的。特别是在模铸生产中，大型镇静钢锭由于成分不均匀性而产生Λ形偏析（也就是冶金中常说的倒V形偏析，偏析部位表现在钢锭的柱状晶带上），以及钢锭底部的沉积锥偏析等内部缺陷。 2.1.1 倒“V”形偏析的形成 含有不同物质的熔体在凝固过程中，由于温度、密度、体积以及温度场的变化，液体中会产生对流现象。这种对流现象使流动的液体在通过柱状晶凝固前沿时不易凝固，随着柱状晶的生长延伸而夹入中间，形成带有一定角度的液体流。在选分结晶过程中，高熔点的物质首先结晶，低熔点的物质向液体中扩散，形成液体流中低熔点的物质富集，我们称为正偏析。在钢锭的表现形式称为“Λ”形偏析或称倒“V”形偏析。在钢坯的横断面上通过低倍腐蚀表现得形状又称为“方框形”偏析或称“锭形”偏析。 2.1.2 沉积锥偏析 熔体在凝固过程由于选分结晶，高熔点的物质首先形核结晶称为固体。密度小的物质上浮，密度大的物体自然下落。根据形核机理，在一定温度下会形成大量的晶体，由于其密度大于熔体而下落，在下落过程逐渐长大，此现象称为结晶雨。柱状晶向中心生在阻碍了边沿晶体的下落，在底部形成一个锥体，称为沉积锥。由于高熔点的物质成分富集，所以称为负偏析。 2.1.3 减少偏析生成的措施 （1）提高熔体的纯洁度，减少钢中有害元素。 （2）改善熔体的凝固条件控制浇注过程的注温、注速。 （3）改善熔体凝固过程的动力学条件。 2.2实验方法 本实验采用NH4Cl-H2O溶液模拟钢锭凝固过程，NH4Cl-H2O系二元相图如图1所示。由于NH4Cl-H2O溶液的透明性和NH4Cl-H2O树枝晶体的半透明性，因而可以观察晶体及凝固结构形成的过程，更可形象地观察到晶体的结构。再者氯化铵溶液熔化焓低，便于模拟实验操作。由图1可知，氯化铵溶液的浓度超过19.7%以后为过共晶系，实验中可采用35%的
中南林业科技大学机械零件有限元分析 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 年级： 2013级 班级：机械一班 姓名：杨政 学号：20131461 I
一、实验目的 通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS 系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。 二、实验内容 实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。
实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为1.0×108Pa，空心球体的内径为0.3m，外径为0.5m，空心球体材料的属性：弹性模量2.1×1011，泊松比0.3。 R1=0.3 R2=0.5 承受内压： 1.0×108 Pa 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图） 1、进入ANSYS →change the working directory into yours →input jobname: Sphere 2、选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK→Close (the Element Type window) 3、定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK 4、生成几何模型生成特征点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK 生成球体截面 ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In Active Coord→ 依次连接1,2,3,4 点生成4 条线→OK Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines→依次拾取四条线 →OK ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 5、网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set
熔化和凝固教案 教学目标 1．知道熔化现象和凝固现象； 2．知道熔化过程中吸热，凝固过程中放热； 3．知道晶体有一定的熔点，能用来解释简单现象； 4．会查熔点表． 5．通过晶体熔化实验，培养观察和实验能力； 在实验过程中培养学生实事求是的科学态度． 教学建议 1．引入新课： 方法1：利用教材上的素材。本节教材开头提出的：“黑龙江省漠河镇的最低气温达到过-52.3，在这样冷的地区测气温应该用水银温度计还是酒精温度计”。这个问题具有承上启下的作用。既联系了上节讲过的温度计，又可用来导入新课，而且具有实际意义。 方法2：从生活事例引入。热天，从冰柜中拿出的冰，一会变成了水，再过一段时间水干了，变成看不见的水蒸气，跑得无影无踪。由此导入新课。 2．学习新课： 学习新课的过程应当是在教师的引导下组织学生发现问题、解决问题的探究过程，使学生不仅学到了知识，而且学到了解决问题的方法，达到提高能力目的。 根据本节内容特点和学生的实际水平可采用两种方法： 方法1：启发讲解式。教师边做演示实验、边提出问题、边讲解。在讲台上，组织部分学生做“海波（或冰）的熔化”实验，组织另一部分学生做“松香（或蜂蜡）的熔化”实验。在老师的引导下归纳出“晶体在熔化过程中不断吸热，但温度保持在熔点不变”；“非晶体在熔化过程中不断吸热，温度不断升高，没有固、液共存状态”。 方法2：科学探究式。在教师的组织下，提出问题，学生猜想和假设，设计实验和进行试验，写出实验报告。得出“晶体在熔化过程中不断吸热，但温度保持在熔点不变”；“非晶体在熔化过程中不断吸热，温度不断升高，没有固、液共存状态”。 教学设计方案 【课题】熔化和凝固
凝固过程模拟仿真课程论 文 铸造过程数值模拟的研究发展现状 (Research on the development status of numerical simulation of casting process) 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1102 学生姓名：不知道 学号：3110703451 指导教师：怯喜周
铸造过程数值模拟的研究发展现状 摘要：随着电子计算机技术的飞速发展，铸造工艺计算机辅助设计CAD，铸件凝固过程数值模拟CAE等多项技术已大量应用于生产实际。工业发达国家制定的下一代制造（NGM）计划所提出的十项关键基础技术中就包括建模与仿真。铸件的凝固过程数值模拟技术主要包括铸件及其工艺的几何造型、三维传热数值计算技术和缺陷判据这三部分，并可对凝固过程中出现的缺陷进行预测，评判铸造工艺设计的合理性，以减少工艺实验的次数，降低工艺设计成本，提高工艺出品率和合格率。 关键词：凝固模拟；数值仿真；铸造CAE；CAD；铸造充型； Research on the development status of numerical simulation of casting process Abstract: with the rapid development of computer technology, computer aided design of foundry technology CAD, numerical simulation of casting solidification process of CAE and many other technology has been widely applied in actual production. Industrial developed countries to develop the next generation manufacturing (NGM) are ten key basic technology plan put forward in includes modeling and simulation. The casting defects of computing technology and criterion of this three part of numerical heat transfer, including 3D geometric modeling and Simulation of the process of casting solidification process numerical, and to predict the defects that appear during the solidification process of casting process design, evaluation of rationality, in order to reduce the times of experiment process, reduce the design cost, increase the process yield and the qualified rate. Keywords: solidification simulation; numerical simulation; CAE CAD; casting; mold filling; 1 前言 凝固在自然界及人类生产实践中占有十分重要的地位。从熔岩冻结为地壳到
数值模拟在铸造充型及凝固过程的应用进展 摘要：综述了铸造过程中数值计算的基本理论，简要介绍了铸造充型及凝固当前国内外发展状况以及所存在的问题，并对铸造过程数值模拟的相关软件进行评述。最后指出合理地利用铸造模拟软件，能够优化铸件的微观组织，提高产品质量，降低产品成本，缩短产品设计和试制周期。 关键词：铸造；充型过程；数值模拟；模拟软件
The Application of Numerical Simulation in Mold Filling and Solidification Process Abstract：The basic theory of numerical calculations is summarized, and a brief introduction of the developing situation and existing problems of the casting mold filling and solidification process at home and abroad，reviewed the numerical simulation software of casting process. In the end, it also clearly shows that it can optimize the casting microstructure, improve the quality, decrease the cost and reduce the design and trial cycle for the products by using the numerical simulation software properly. Key words: Casting; Filling and Solidification process; Numerical Simulation; Simulation Software
学生学号实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级成型1001班 2012-- 2013学年第二学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
目录 1. 前言 (1) 上机实践的目的及要求 (1) 主要完成的实践内容 (2) 2. 油藏特征分析 (2) 储层物性特征 (2) 流体物性特征 (2) 储层岩石物性特征 (2) 气藏数值模型建立 (2) 模型网格的划分 (2) 模型物性 (3) 模型流体性质及相渗曲线 (3) XX气藏地质储量 (3) 4. XX气藏方案优选 (3) 开发方案的优选 (3) 采速与稳产时间的关系 (4) 5. 结论认识 (4) 结论 (4) 对本实践课程的建议 (4) 1. 前言 上机实践的目的及要求 1. 掌握油藏数值模拟的上机操作流程； 2. 掌握ECLIPSE软件的数据录入、编辑和修改方法； 3. 掌握ECLIPSE软件结果输出及三维可视化方法；
4. 掌握机理模型研究方案设计的思路及方法 主要完成的实践内容 1. 油藏数值模拟数值整理； 2. 依据现有数据，应用块中心网络系统建立一个三维油藏数值模拟模型； 3. 预测单口气藏天然能量开发的最终采收率（20年）（不考虑水体能量）； 4. 预测多口气井采收率（20年）； 5. 预测不同稳产年限下，气井的合理产量（稳产5年）； 6. 水平井开发和直井开发效果对比； 2. 油藏特征分析 储层物性特征 表2-1 储层物性特征 流体物性特征 气藏数值模型建立 模型网格的划分
模型流体性质及相渗曲线 XX气藏地质储量 4. XX气藏方案优选开发方案的优选 水平井方案
水平井方案 采速与稳产时间的关系 采油速度越快，稳产时间越短。采油速度越慢，稳产时间越长。由此可见采油速度与稳产时间成反比。 5. 结论认识 结论 通过这个实验，我们了解了eclipse软件的基本操作，并且建立了一个简单的均质油藏的模型，并且成功计算了产量。这个实验然我们获益匪浅。 对本实践课程的建议 建议增加实验课的课时，其余的方面都很好。老师讲的不错，需要学习的内容都学会了。
认知实验 一、实验目的 1．了解机器的组成原理，加深对机器总体的感性认识。 2．了解机器中常用机构的结构、类型、特点及应用。 3．了解常用的机械零件的结构、类型、特点和应用，对其具有感性认识。 二、实验仪器设备 机械原理和机械设计展示柜 三、实验内容与步骤 1．参观实验室中机械原理展示柜，主要了解机构的组成、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系机构、间歇机构和一些常见机构的组合。 2．参观实验室中机械设计展示柜，主要了解常用的机械零件如齿轮、蜗杆蜗轮、螺栓联接、带传动、链传动、联轴器、轴和轴承等。 四、思考题 1．机器是由什么组成？机构是由什么组成？什么是运动副？ 2．铰链四杆机构有哪三种基本类型？铰链四杆机构可以演化为哪些其他四杆机构？ 3．凸轮机构是如何分类的？可以分为哪些类型？ 4．齿轮机构根据齿形可以分为哪些类型？ 5．轮系有哪些类型？轮系有哪些功用并列举应用实例？ 6．螺栓联接的基本类型有哪些？螺纹的种类有哪些？ 7．带传动和链传动有什么特点？ 8．常见的滚动轴承的类型有哪些？
机构运动简图的绘制 一、实验目的 1．熟悉并掌握机构运动简图绘制的原理和方法，学会根据实际机械和模型绘制机构运动简图的技能。 2．加深和巩固机构自由度的计算方法，并判断机构是否具有确定运动。 二、实验仪器设备 各类机构模型及实物机械（如：内燃机模型，缝纫机模型等）； 三、实验原理 由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关。因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或《机械设计手册》中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。 四、实验内容与步骤 1．以内燃机模型为例，绘制内燃机的机构运动简图。确定组成机构的构件数：缓慢转动机器，沿着运动传递的线路仔细看清各构件间的相对运动（注意：有些相互连接构件间的相对运动非常微小），从而确定组成机构的构件数目。 2．确定运动副的类型：根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动特点，确定各个运动副的类型。 3．选定视图平面：一般选择与多数构件运动平面平行的平面为视图平面。 4．绘制机构示意图的草图：凭目测在草稿纸上徒手按规定的运动副代表符号，从原动件开始，按各构件的连接次序，用简单的线条代表构件，逐步画出机构示意图的草图。 5．计算机构的自由度数，并判断机构是否具有确定的运动。 6．测量机构运动尺寸：对转动副测量回转中心间的相对尺寸，对移动副测量导路方向线和与其有关的其他运动副间的相对尺寸。 7．选取适当的比例尺，并按照该比例尺绘制内燃机的机构运动简图。 8．选取实验室中其他任意的机械或实物模型，重复上述步骤绘制另一机构运动简