SBIR Phase II: Monte Carlo Simulation - A Design Tool for Investment Casting

SBIR 第二阶段:蒙特卡罗模拟 - 熔模铸造设计工具

基本信息

  • 批准号:
    9531304
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    1997
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1997-09-01 至 1999-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DMI-9531304 Jaske The proposed SBIR Phase II project will complete the development of a software design tool that will be used to predict the grain structure of metals and alloys in advanced materials processing. This software will be a very important tool with broad commercial and technical value. Grain structure is a primary factor in materials properties and must be carefully considered in almost all materials processing applications. The advent of easy access to advanced computing power has made it possible to use computer simulation in engineering design. Results of the Phase I project showed that it is feasible to simulate the solidification grain structure of cast materials using high-end desktop computers. Monte Carlo Simulation (MCS) with a process control parameter was successfully employed to model grain nucleation and growth in fine-grain castings that are typical of superalloy investment castings. It was found that heat flow can be incorporated directly into the model and that MCS can be used to model most of the important features of cast grain structures. The objective of the proposed Phase 11 research will be to develop a robust model for simulation of cast grain structure nucleation and growth during solidification. Six research tasks are planned to achieve this objective. In the first task, the physical components of the MCS process control parameter will defined. A numerical model for each of these components will be constructed and mathematically formatted for the MCS computer code in the second task. In the third task, thermophysical constants for these numerical models will be obtained from the literature. The relative merits of using finite-difference versus finite-element methods to model heat flow will be evaluated in the fourth task. In the fifth task, the simulation results will be validated by means of comparisons with experimental data on grain structures for representative castings. Finally, a prototype software package for the MCS model will be developed in the sixth task. The prototype software will provide the base for commercializing the research results in Phase III. Successful commercialization of the software will make US industry more productive and competitive in the area of advanced materials processing. A representative of the advanced materials processing industry, Howmet Corporation, will continue participating in this project. Modeling Advanced Materials Processing, Improving the Quality of Investment Castings, Controlling Grain Structure during Materials Processing, Providing New Software for Application to the Processing of Advanced Materials, Designing and Developing Materials Processing.
邮编:9531304 拟议的SBIR第二阶段项目将完成软件设计工具的开发,该工具将用于预测先进材料加工中金属和合金的晶粒结构。该软件将是一个非常重要的工具,具有广泛的商业和技术价值。晶粒结构是材料性能的主要因素,在几乎所有材料加工应用中必须仔细考虑。先进计算能力的出现使得在工程设计中使用计算机模拟成为可能。第一期工程的结果表明,使用高端台式计算机模拟铸造材料的凝固晶粒组织是可行的。蒙特卡罗模拟(MCS)与过程控制参数被成功地用于模拟晶粒形核和生长的细晶粒铸件,是典型的高温合金熔模铸造。结果发现,热流可以直接纳入模型,MCS可以用来模拟铸造晶粒结构的最重要的功能。拟议的第11阶段研究的目标是开发一个用于模拟凝固过程中铸造晶粒结构成核和生长的稳健模型。为实现这一目标,计划开展六项研究任务。在第一个任务中,将定义MCS过程控制参数的物理组件。在第二项任务中,将为这些组件中的每一个组件构建一个数值模型,并将其数学格式化为MCS计算机代码。在第三个任务中,这些数值模型的热物理常数将从文献中获得。在第四项任务中,将评估使用有限差分法与有限元法模拟热流的相对优点。在第五个任务中,模拟结果将通过与代表性铸件晶粒结构的实验数据进行比较来验证。最后,将在第六项任务中为监控监模型开发一个原型软件包。原型软件将为第三阶段的研究成果商业化提供基础。该软件的成功商业化将使美国工业在先进材料加工领域更具生产力和竞争力。先进材料加工业的代表Howmet公司将继续参与这一项目。 模拟先进材料加工,提高熔模铸件的质量,控制材料加工过程中的晶粒结构,为先进材料的加工提供新的应用软件,设计和开发材料加工。

项目成果

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