計算連続体力学を用いた高圧ダイカストにおけるロストコアの実現可能性の決定について

1. 概要:

  • タイトル: 計算連続体力学を用いた高圧ダイカストにおけるロストコアの実現可能性の決定について (On determining lost core viability in high-pressure die casting using Computational Continuum Mechanics)
  • 著者: Sebastian Kohlstädt
  • 発行年: 2019年
  • 発行学術雑誌/学会: KTH Royal Institute of Technology (博士論文)
  • キーワード:
    • 高圧ダイカスト (high-pressure die casting)
    • ロストソルトコア (lost salt cores)
    • 計算連続体力学 (computational continuum mechanics)
    • 二相圧縮性流れ (two-phase compressible flow)
    • OpenFOAM
    • CFD
    • 流体-構造連成 (fluid-structure interaction)
    • Volume of Fluid法 (volume-of-fluid method)

2. 研究背景:

  • 研究テーマの社会的/学術的背景:
    • 高圧ダイカストは、自動車および関連産業において重要なプロセスです [16, 17, 88]。
    • ニアネットシェイプの生の形状を製造する能力があります [92]。
    • 製造業におけるグローバルサプライチェーンに不可欠な構成要素となっています [63]。
    • ハウジングやブラケットへの機能統合に関して、設計の自由度に限界があります [26]。
    • 自動車産業において、年間生産量の多い製品にロストコアを高圧ダイカスト部品に組み込むことは不可能でした [59]。
    • ロストコアは、ハウジング内部に中空部やアンダーカットを設ける可能性を提供します。
    • アプリケーションには、オイルフロー [44, 45, 60, 62] および熱伝達 [67, 103] 用のチャネルが含まれ、電動パワートレインの出現にも対応できます。
  • 既存研究の限界:
    • 「2019年春の時点で、高圧ダイカストにおいて、変形中に破壊されるコア、すなわちロストコアの連続生産における応用例は知られていません。」
    • 「この理由は、鋳造とプロセスの組み合わせが実行可能かどうかを事前に判断できるエンジニアリングツールが存在しないためと考えられています。」
  • 研究の必要性:
    • 高圧ダイカストにおけるロストコアの実現可能性を予測するツールの必要性。
    • インレイ形状を持つハウジングコンセプトが、所望の冷却性能と許容可能な不良品数で製造可能かどうかを事前に判断するため。
    • OpenFOAMツールボックス内にCCMモデルを提示、実装、テストすることにより、エンジニアリングツールの空白を埋めるため。
    • ハウジングの設計がロストコアで製造可能かどうかを事前に判断するため。

3. 研究目的および研究課題:

  • 研究目的:
    • 計算連続体力学（CCM）が鋳造エンジニアにとって価値のあるツールとして役立つかどうかを調査すること。
    • インレイ形状を持つハウジングコンセプトが、所望の冷却性能とロストコアによる製造可能性を備えているかどうかを事前に判断すること。
    • OpenFOAMツールボックス内にCCMモデルを提示、実装、テストすることにより、エンジニアリングツールの空白を埋めること。
    • ハウジングの設計がロストコアで製造可能かどうかを事前に判断すること。
  • 主要な研究課題:
    • 計算連続体力学（CCM）は、高圧ダイカストにおけるロストコアの実現可能性を判断するために、鋳造エンジニアにとって価値のあるツールとなり得るか？
    • CCMモデルは、ハウジング設計がロストコアで製造可能かどうかを事前に予測できるか？
  • 研究仮説:
    • CCMは、ロストコアの実現可能性を判断するために、鋳造エンジニアにとって価値のあるツールとして役立つ可能性がある。
    • OpenFOAMに実装されたCCMモデルは、ハウジング設計がロストコアで製造可能かどうかを事前に予測できる。

4. 研究方法論

  • 研究デザイン:
    • OpenFOAMツールボックス内でのCCMモデルの開発、実装、およびテスト。
    • テスト金型を用いたCCMシミュレーションの実験的検証。
  • データ収集方法:
    • OpenFOAMで開発されたCCMモデルを用いた数値シミュレーション。
    • 製造されたテスト金型を用いたhpdcにおけるロストコアの変形の実験的決定。
  • 分析方法:
    • シミュレーション結果と実験結果の比較。
    • さまざまな乱流モデルとメッシュ解像度を用いたロストコアにかかる力の分析。
    • 流体-構造連成（FSI）アプローチを用いたダイカスト充填中のコア変形の評価。
    • 共役熱伝達モデルを用いた溶融金属とコア間の熱伝達の評価。
  • 研究対象と範囲:
    • ロストソルトコアを用いた高圧ダイカストプロセス。
    • インレイ形状を持つハウジングコンセプト。
    • 空気と溶融金属の二相流およびソルトコアの固体力学のためのCCMモデル。
    • 実装とシミュレーションのためのOpenFOAMツールボックス。
    • 検証のための実験用テスト金型と鋳造実験。

5. 主な研究結果:

  • 主要な研究結果:
    • 「ロストコアで作られたハウジングは、鋳物の熱伝達能力を向上させることができることが証明されました。」
    • 「最大30 ms⁻¹の衝突速度のコアを持つ鋳物を製造することが可能でした。」
    • 「衝突速度が最も決定的なパラメータであることがわかりました。」
    • 「クラックフリーコアを使用した場合、溶融金属の最初の衝撃時のスラミングイベントは、破壊の決定的なものではないことがわかりました。」
    • 「ピーク力のみを評価するアプローチでは不十分であることもわかりました。プロセス後半の効果は、より大きな力-時間積分のため、より重要な影響を与える可能性があります。」
    • 「また、当初の仮定とは異なり、充填時間が0.1秒未満であっても、溶融金属からコアに伝達される熱は無視できない場合があります。」
    • 「ソルトコアが実行可能な技術である条件に対する一般的な数値制約を定義することは、形状の変更も重要な役割を果たすため、非常に困難です。」
    • 「エンジニアが各セットアップを個別にテストできるようになったため、これは、提示されたモデルの力と有用性をさらに強調するものです。」
    • 「したがって、本論文で提示された戦略は、開発されたCCMツールとともに、鋳造またはCADエンジニアが、鋳造のコンセプトが製造可能かどうかをケースバイケースで判断するための強力なツールを提供することができます。」
    • 「ツールは、力のみを評価するための限定的なCFDアプローチから、時間の経過に伴うコアの変形を記述する完全に連成されたFSI手法まで多岐にわたります。」
    • 「すべてのモデルは、高圧ダイカスト実験でテストおよび検証されており、以前に公開された調査結果と最大5〜10％の偏差で一致しています。」
  • 統計的/定性的な分析結果:
    • メッシュスタディ（図11）では、「シミュレーションは、フォン・カルマンモデルによるスラミング係数の下限を超えるために、0.3 mmの間隔ほど細かいメッシュを必要とすることが示されました。」
    • 乱流モデルの選択（図13）では、「乱流モデルの選択は重要度が低いことが示されました。メッシュ間隔が異なっていても、スラミング係数の結果はほぼ同じでした。変動は、プロットされたすべての値で最大2％でした。」
    • 検証実験（図20、21）では、「コアの破壊は、以前に想定されていたように、単なる亀裂だけでなく、変形の形状でも現れる可能性があることが明らかになりました。」および「すべてのコアに変形が見られます。変形は、この実験では、流入する溶融金属の方向とは反対方向でした。」
    • FSIシミュレーション（図22、23、24）では、「モデルはコアの曲げを再現できる」こと、および「コアの変位は1.1 mmであり、鋳造試験で観察された最終的な形状（平均1.2 mm）と一致する」ことが示されました。
    • 熱伝達シミュレーション（図26、27、28、29、30）では、「非常に薄い外層が溶融金属温度まで即座に加熱される一方で、コアの中央部の温度は1秒の間隔が経過するまで上昇しない」ことが示されました。
  • データ解釈:
    • CCMモデルは、ロストコアの実現可能性を評価するために、鋳造エンジニアにとって有用なツールです。
    • 衝撃速度は、ロストコアの生存にとって重要なパラメータです。
    • コアの変形は、単なる亀裂ではなく、重大な故障モードです。
    • 熱伝達がコアの材料特性に影響を与えるため、将来のモデルでは考慮する必要があります。
    • 正確なスラミング力予測には、より細かいメッシュ解像度が必要です。
    • 乱流モデルの選択は、スラミング力にわずかな影響しか与えません。
  • 図の名前リスト:
    • 図1：DIN 24480 に準拠した高圧ダイカストマシンのレイアウトとコンポーネント
    • 図2：高圧ダイカスト（HPDC）中のプロセスステップ
    • 図3：自動車産業における鋳造ハウジングにインレイチャネルを作成するためのロストコア技術の考えられる応用
    • 図4：各セルに0〜1の値を割り当てる指標関数を介して位相を区別するVolume of Fluid法の説明
    • 図5：fsiFoamソルバーの解決プロセススキーム
    • 図6：調整前後のPISOアルゴリズム
    • 図7：流体-固体界面でのフィールドデータ転送のメカニズム
    • 図8：高圧ダイカスト実験におけるシミュレーションの検証のためのツールコンセプト。移動側（ms）と固定側（fs）のインサートのペアが常にあります。（a）はストレートインゲートのセットアップ、（b）はフォークインゲートのツーリング部品を表します
    • 図9：最終的に選択された形状のソルトコア形状のエンジニアリング図面：幅10 mm、厚さ3、5、7 mmの長方形断面。
    • 図10：チャネル内のソルトコアへのスラミングを調査するための形状。すべての寸法はmm単位
    • 図11：フォン・カルマン[118]とワーグナー[121]のモデルと比較したスラミング係数のメッシュスタディ
    • 図12：以前に公開された記事の参照研究と比較した計算結果
    • 図13：選択された乱流モデルがスラミング係数の計算結果に与える影響
    • 図14：ナビエ-ストークス方程式における乱流を計算するためのさまざまな戦略
    • 図15：3つの異なるタイムステップでの2Dメッシュ上の流れパターン。溶融金属-空気界面の形態に対する選択された乱流モデルの影響を示しています。（a）k-ε、（b）k-ω-SST、（c）スパラルト-アラマラス。赤い領域は溶融金属、青い領域は空気、混合色（白/オレンジ）領域は溶融金属と空気の界面を表します。
    • 図16：異なる乱流モデルを使用した場合のx方向の有効平均圧力の比較。縦棒は標準偏差を示しています
    • 図17：特定の乱流モデルでシミュレーションを行う際に必要な計算時間の比較（分単位）
    • 図18：以前にコルティとアブーディ[71]によって公開されたデータで提示されたOpenFOAMモデルのベンチマーク。図は、さまざまなタイムステップでの界面位置を示しています
    • 図19：溶融金属フロントがインゲートに伝播した後、空気が占める割合。数値は、ms⁻¹単位の異なるピストン速度を表します
    • 図20：鋳造実験におけるソルトコアの変形。Uin = 30 ms⁻¹
    • 図21：鋳造実験における亀裂したソルトコアの変形。Uin = 50 ms⁻¹
    • 図22：CFDシミュレーションで予測された、0.016秒後のソルトコアの変形。Uin = 30 ms⁻¹
    • 図23：95％の充填率での溶融金属の充填パターンとコアの変位。Uin = 30 ms⁻¹
    • 図24：時間経過に伴うx方向のソルトコア中心の変位
    • 図25：簡略化されたシミュレーションのスケッチ。これは単相流モデルであるため、ドメイン全体が溶融金属で満たされていることに注意してください
    • 図26：メッシュ独立性スタディの結果
    • 図27：時間t=（0.1秒、0.5秒、1秒、1.5秒、2秒）でのソルトコアの温度（左から右）
    • 図28：コアの中央部を通るx方向の空間温度分布
    • 図29：時間t=1秒でのソルトコアを通る無次元温度分布（コアの厚さB=5 mm）
    • 図30：時間t=2秒でのソルトコアを通る無次元温度分布（コアの厚さB=5 mm）
    • 図31：ロストコアを使用した鋳造品と対応する製造プロセスを設計するための戦略提案
    • 図32：高圧ダイカストにおける計算連続体力学の不可能なターゲットトライアングル

6. 結論と考察:

  • 主な結果の要約:
    • 計算連続体力学（CCM）は、ロストコアを備えた高品質の鋳造品を設計する際に、鋳造エンジニアをサポートする非常に強力なツールです。
    • ロストコアを備えた鋳造品を設計するための分離されたアプローチは、完全に包括的な「ファイアアンドフォーゲット」モデルよりも有用です。
    • ロストコアの実現可能性の重要な要素には、インゲート速度、コア径、および溶融金属の最初の衝撃部位での金型断面が含まれます。
    • コアへの熱伝達とコアの変形は、考慮すべき重要な要素です。
    • OpenFOAMで開発されたCCMモデルは、冷却性能とコアの変形を妥当な精度で予測できます。
  • 研究の学術的意義:
    • ロストコア高圧ダイカストへのCCMの適用可能性を実証します。
    • このプロセスに関する詳細なCCMモデルと検証を提供します。
    • メッシュ解像度、乱流モデル、熱伝達など、さまざまな要因の影響を調査します。
    • 単純化された力ベースの評価の限界と、FSIおよび熱伝達の考慮事項の必要性に関する洞察を提供します。
  • 実務上の意義:
    • CCMツールを使用してロストコアを備えたプロセスを設計するための実用的な戦略を鋳造エンジニアに提供します。
    • 力に加えて、コアの変形と熱伝達を考慮することの重要性を強調します。
    • 正確なスラミング力予測には、細かいメッシュ解像度が必要であることを強調します。
    • このアプリケーションには、より単純な乱流モデルで十分である可能性があることを示唆しています。
    • 不良品を削減し、複雑な内部形状を持つ鋳造品の設計を改善するための道筋を提供します。
  • 研究の限界:
    • 「完全に包括的なモデルは、依然として将来の研究者が開発する必要があります。」
    • 「産業用形状の安定性は、ソリューション時間と同様に、依然として懸念事項です。」
    • 「モデルの最大の欠点は、可逆性です。」（FSIモデルとコアの変形を指します）
    • 「モデルが100％充填率で適切な結果を出す場合でも、塑性変形と熱伝達の物理的影響を含める必要があります。」

7. 今後のフォローアップ研究:

  • 今後の研究の方向性:
    • 産業用形状に対するCCMモデルの安定性を改善し、ソリューション時間を短縮します。
    • 塑性変形とコアの破壊を含むように固体モデルを拡張します。
    • 熱伝達をFSIモデルに組み込みます。
    • 設計の自由度を向上させるために、ソルトコアの生産技術を進歩させます。
    • モデル検証のためにスラミング力を実験的に測定します。
    • 提示されたモデルとアルゴリズムを産業用形状に適用し、実際のアプリケーションで検証します。
  • さらなる探求が必要な領域:
    • より高度な乱流処理戦略の影響。
    • 効率を向上させるための調整されたソルバーの開発。
    • ソルトコアの弾塑性材料モデルの調査。
    • 等温溶融金属処理のために、シミュレートされた金型の特定のゾーンでのみ熱伝達モデルをアクティブ化します。

8. 参考文献:

  • [1] foam-extend github repository. https://sourceforge.net/p/foam-extend/foam-extend-4.0/ci/master/tree/. Accessed: 2019-04-03.
  • [2] MS Windows NT kernel description. https://www.industr.com/en/advancements-in-die-casting-technology-2330650. Accessed: 2019-03-13.
  • [3] Gloom and boom – special report cars. Economist, 17/2013:43-52, 2013.
  • [4] S. Abrate. Hull slamming. Applied Mechanics Reviews, 64(6):060803, 2011.
  • [5] M. Adam, A. Gebauer-Teichmann, and M. Fehlbier. Entwicklung eines Oberflächenkonzepts für Aluminiumdruckgussformen mittels Verschleißschutzschichten zur Reduzierung von Trennmittelauftrag und Sprühkühlung auf ein Nullniveau. In Wissenschaftssymposium Komponente, pages 17–31. Springer, 2017.
  • [6] F. Adames. Electric motor housings with integrated heat removal facilities, April 24 2001. US Patent 6,222,289.
  • [7] J. Aguilar, M. Fehlbier, T. Grimmig, H. Bramann, C. Afrath, and A. Bührig-Polaczek. Semi-solid processing of metal alloys. Steel Research International, 75(8-9):492-505, 2004.
  • [8] M. Ariff, S.M. Salim, and S.C. Cheah. Wall y+ approach for dealing with turbulent flow over a surface mounted cube: Part 1-Low Reynolds number. In Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, pages 1-6, 2009.
  • [9] J. Arman and R. Cointe. Hydrodynamic impact analysis of a cylinder. pages 609-634, 1987.
  • [10] M.J. Assael, K. Kakosimos, R.M. Banish, J. Brillo, I. Egry, R. Brooks, P.N. Quested, K.C. Mills, A. Nagashima, Y. Sato, et al. Reference data for the density and viscosity of liquid aluminum and liquid iron. Journal of physical and chemical reference data, 35(1):285–300, 2006.
  • [11] W. Beitz, M.J. Shields, H. Dubbel, B.J. Davies, and K.H. Küttner. DUBBEL - Handbook of Mechanical Engineering. Springer London, 2013.
  • [12] C. Biscarini, S. D. Francesco, and P. Manciola. CFD modelling approach for dam break flow studies. Hydrology and Earth System Sciences, 14(4):705–718, 2010.
  • [13] W. Bo and J. W. Grove. A volume of fluid method based ghost fluid method for compressible multi-fluid flows. Computers & Fluids, 90:113-122, 2014.
  • [14] P. Böckh and T. Wetzel. Wärmeübertragung: Grundlagen und Praxis. Springer Berlin Heidelberg, 2015.
  • [15] J.U. Brackbill, D.B. Kothe, and C. Zemach. A continuum method for modeling surface tension. 100(2):335-354, 1992.
  • [16] E. Brunnhuber. Praxis der Druckgussfertigung. Schiele und Schoen, Berlin, 1991.
  • [17] J. Campbell. Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes, Metallurgy, Techniques and Design. Elsevier Science, 2015.
  • [18] T. Campbell and P. Weynberg. An investigation into wave slamming loads on cylinders. Wolfson Marine Craft Unit Report No. 317 - University of Southampton, 1977.
  • [19] T. Campbell and P. Weynberg. Measurement of parameters affecting slamming - final report. Wolfson Marine Craft Unit Report No. 440 - University of Southampton., 1980.
  • [20] P. Cardiff, Ž. Tuković, H. Jasak, and A. Ivanković. A block-coupled finite volume methodology for linear elasticity and unstructured meshes. Computers & Structures, 175:100-122, 2016.
  • [21] G. Chen, Q. Xiong, P.J. Morris, E.G. Paterson, A. Sergeev, and Y. Wang. Openfoam for computational fluid dynamics. Not. AMS, 61(4):354-363, 2014.
  • [22] R. Courant et al. Variational methods for the solution of problems of equilibrium and vibrations. Verlag nicht ermittelbar, 1943.
  • [23] R. Courant, K. Friedrichs, and H. Lewy. On the partial difference equations of mathematical physics. IBM Journal of Research and Development, 11(2):215-234, 1967.
  • [24] C.T. Crowe, J.D. Schwarzkopf, M. Sommerfeld, and Y. Tsuji. Multiphase Flows with Droplets and Particles, Second Edition. Taylor & Francis, 2011.
  • [25] C.T. Crowe, T.R. Troutt, and J.N. Chung. Numerical models for two-phase turbulent flows. Ann. Rev. Fluid Mech., 28(1):11–43, 1996.
  • [26] F. Czerwinski, M. Mir, and W. Kasprzak. Application of cores and binders in metalcasting. International Journal of Cast Metals Research, 28(3):129-139, 2015.
  • [27] A.K. Dahle and L. Arnberg. The rheological properties of solidifying aluminum foundry alloys. JOM, 48(3):34–37, 1996.
  • [28] Din en iso 7438: Metallic materials - bend test, 2012.
  • [29] A.S. Dorfman. Conjugate Problems in Convective Heat Transfer. Taylor & Francis, 2009.
  • [30] J. Droniou. Finite volume schemes for diffusion equations: introduction to and review of modern methods. Mathematical Models and Methods in Applied Sciences, 24(08):1575–1619, 2014.
  • [31] G.F.D. Duff and D. Naylor. Differential Equations of Applied Mathematics. Jwang Yuan Publishing Company, 1970.
  • [32] F. Faura, J. López, and J. Hernández. On the optimum plunger acceleration law in the slow shot phase of pressure die casting machines. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 41(2):173-191, 2001.
  • [33] R.P. Fedkiw, T. Aslam, B. Merriman, and S. Osher. A non-oscillatory Eulerian approach to interfaces in multimaterial flows (the ghost fluid method). Journal of Computational Physics, 152(2):457–492, 1999.
  • [34] P.J.M. Ferrer, D.M. Causon, L. Qian, C.G. Mingham, and Z.H. Ma. A multi-region coupling scheme for compressible and incompressible
  • [35] P. Fickel. Hohl-und Verbundguss von Druckgussbauteilen-numerische Auslegungsmethoden und experimentelle Verifikation. 2017.
  • [36] J.B.J. Fourier. Théorie analytique de la chaleur. Chez Firmin Didot, père et fils, 1822.
  • [37] B. Fuchs. Salzkerntechnologie für Hohlgussbauteile im Druckguss. Cuvillier Verlag, 2014.
  • [38] B. Fuchs, H. Eibisch, and C. Körner. Core viability simulation for salt core technology in high-pressure die casting. Int. J. Metalcasting, 7:39-45, 2013.
  • [39] B. Fuchs and C. Körner. Mesh resolution consideration for the viability prediction of lost salt cores in the high pressure die casting process. Prog. Comp. Fluid Dyn., 14:24–30, 2014.
  • [40] V. Fuchs. Numerische Modellierung von Fluid-Struktur-Wechselwirkungen an wellenbeaufschlagten Strukturen. Kassel University Press GmbH, 2014.
  • [41] L.W. Garber. Theoretical analysis and experimental observation of air entrapment during cold chamber filling. Die Casting Engineer, 26(3):14-15, 1982.
  • [42] P. Ghadimi, A. Dashtimanesh, and S.R. Djeddi. Study of water entry of circular cylinder by using analytical and numerical solutions. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 34(3):225-232, 2012.
  • [43] H. Gjestland and H. Westengen. Advancements in high pressure die casting of magnesium. Advanced engineering materials, 9(9):769–776, 2007.
  • [44] E. Graf and G. Soell. Vorrichtung zur Herstellung eines Druckgussbauteils mit einem Kern und einem Einlegeteil, 2003. DE Patent DE2,001,145,876.
  • [45] E.D.I. Graf and G.D.I. Söll. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses, 2008. DE Patent DE200,710,023,060.
  • [46] D. Griggs, M. Stafford-Smith, O. Gaffney, J. Rockström, P. Öhman, M.C.and Shyamsundar, W. Steffen, G. Glaser, N. Kanie, and I. Noble. Policy: Sustainable development goals for people and planet. Nature, 495(7441):305, 2013.
  • [47] D. Groezinger. Water-soluble salt cores, March 26 2013. US Patent 8,403,028.
  • [48] D. C. Haworth. A review of turbulent combustion modeling for multidimensional in-cylinder CFD. SAE transactions, pages 899-928, 2005.
  • [49] P. Higuera, J.L. Lara, and I.J. Losada. Simulating coastal engineering processes with OpenFOAM®. Coastal Engineering, 71:119-134, 2013.
  • [50] C.W. Hirt and B.D. Nichols. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. J. Comp. Phys., 39:201–225, 1981.
  • [51] P. Homayonifar, R. Babaei, E. Attar, S. Shahinfar, and P. Davami. Numerical modeling of splashing and air entrapment in high-pressure die casting. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 39(3-4):219-228, 2008.
  • [52] G. Hou, J. Wang, and A. Layton. Numerical methods for fluid-structure interaction—a review. Communications in Computational Physics, 12(2):337-377, 2012.
  • [53] R.I. Issa. Solution of the implicitly discretised fluid flow equations by operator-splitting. Journal of Computational Physics, 62(1):40-65, 1986.
  • [54] D. Jacqmin. Calculation of two-phase Navier-Stokes flows using phase-field modeling. Journal of Computational Physics, 155(1):96–127, 1999.
  • [55] H. Jasak. Error analysis and estimation for the finite volume method with applications to fluid flows. PhD thesis, Imperial College London (University of London), 1996.
  • [56] H. Jasak. OpenFOAM: open source CFD in research and industry. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 1(2):89-94, 2009.
  • [57] H. Jasak and A.D. Gosman. Element residual error estimate for the finite volume method. Computers & fluids, 32(2):223–248, 2003.
  • [58] H. Jasak, A. Jemcov, and Z. Tukovic. OpenFOAM: A C++ Library for Complex Physics Simulations. In International Workshop on Coupled Methods in Numerical Dynamics IUC, 2007.
  • [59] P. Jelínek and E. Adámková. Lost cores for high-pressure die casting. Archives of Foundry Engineering, 14(2):101–104, 2014.
  • [60] U. Jordi, S. Padovan, and H.J. Roos. Verfahren zur Herstellung von Salzkernen, 2013. WO Patent PCT/EP2012/068,345.
  • [61] J. Jorstad and D. Apelian. Hypereutectic Al-Si alloys: practical casting considerations. International Journal of Metalcasting, 3(3):13-36, 2009.
  • [62] L. Kallien. Salzkerne im druckguss. GIESSEREI-SPECIAL, (1):32–43, 2016.
  • [63] H. Kaufmann and P.J. Uggowitzer. Metallurgy and processing of high-integrity light metal pressure castings. Fachverlag Schiele & Schön, 2014.
  • [64] C. Kleeberg. Latest advancements in modelling and simulation for high pressure die castings. Alucast India 2010, pages 1-18, 2010.
  • [65] F. Kley, C. Lerch, and D. Dallinger. New business models for electric cars--a holistic approach. Energy policy, 39(6):3392-3403, 2011.
  • [66] M. Koch, C. Lechner, F. Reuter, K. Köhler, R. Mettin, and W. Lauterborn. Numerical modeling of laser generated cavitation bubbles with the finite volume and volume of fluid method, using OpenFOAM. Computers & Fluids, 126:71–90, 2016.
  • [67] S. Kohlstädt, U. Rabus, S. Goeke, and S. Kuckenburg. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Druckgussbauteils unter Verwendung
  • [68] S. Kohlstädt, M. Vynnycky, and A. Gebauer-Teichmann. Experimental and numerical CHT-investigations of cooling structures formed by lost cores in cast housings for optimal heat transfer. Heat Mass Trans., 54:3445-3459, 2018.
  • [69] S. Kohlstädt, M. Vynnycky, and J. Jäckel. Towards the modelling of fluid-structure interactive lost core deformation in high-pressure die casting. Submitted to Ocean Engineering, 2019.
  • [70] S. Kohlstädt, M. Vynnycky, A. Neubauer, and A. Gebauer-Teichmann. Comparative RANS turbulence modelling of lost salt core viability in high pressure die casting. Accepted for publication in Prog. Comp. Fluid Dyn., 2018.
  • [71] A.I.N. Korti and S. Abboudi. Numerical simulation of the interface molten metal air in the shot sleeve chambre and mold cavity of a die casting machine. Heat and Mass Transfer, 47(11):1465–1478, 2011.
  • [72] S. Koshizuka, Y. Oka, and H. Tamako. A particle method for calculating splashing of incompressible viscous fluid. Technical report, American Nuclear Society, Inc., La Grange Park, IL (United States), 1995.
  • [73] C. Kunkelmann and P. Stephan. CFD simulation of boiling flows using the volume-of-fluid method within OpenFOAM. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 56(8):631–646, 2009.
  • [74] W.M. Lai, D.H. Rubin, E. Krempl, and D. Rubin. Introduction to Continuum Mechanics. Elsevier Science, 2009.
  • [75] R. Laouar. Analyse und numerische Simulation von freien Oberflächenwellen in der Gießkammer eines Druckgießprozesses. Kassel University Press GmbH, 2015.
  • [76] B. E. Launder and D. B. Spalding. The numerical computation of turbulent flows. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3(2):269-289, 1974.
  • [77] S. Lecheler. Numerische Strömungsberechnung: Schneller Einstieg durch anschauliche Beispiele (German Edition). Vieweg + Teubner Verlag, 2011.
  • [78] P.D. Lee, A. Chirazi, and D. See. Modeling microporosity in aluminum-silicon alloys: a review. Journal of Light Metals, 1(1):15–30, 2001.
  • [79] G Logvinovich. Gidrodinamika teÄ [U+008D] enij so svobodnymi granicami - (hydrodynamics of free-boundary flows). 1969.
  • [80] J. López, J. Hernández, F. Faura, and G. Trapaga. Shot sleeve wave dynamics in the slow phase of die casting injection. Journal of fluids engineering, 122(2):349-356, 2000.
  • [81] A. V. Luikov, T. L. Perelman, R. S. Levitin, and L. B. Gdalevich. Heat transfer from a plate in a compressible gas flow. Int. J. Heat Mass Transfer, 13:1261–1270, 1971.
  • [82] T. Maric, J. Höpken, and K. Mooney. The OpenFOAM Technology Primer. Stan Mott, 2014.
  • [83] R. Mayon, Z. Sabeur, M.-Y. Tan, and K. Djidjeli. Free surface flow and wave impact at complex solid structures. In 12th International Conference on Hydrodynamics, Egmond aan Zee, NL, 18-23 September, page 10pp., 2016.
  • [84] F.R. Menter. 2-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J., 32:1598–1605, 1994.
  • [85] F.R. Menter. Review of the shear-stress transport turbulence model experience from an industrial perspective. International Journal of Computational Fluid Dynamics, 23(4):305–316, 2009.
  • [86] F.R. Menter, M. Kuntz, and R. Langtry. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. Turbulence, Heat and Mass Transfer, 4(1):625-632, 2003.
  • [87] S.T. Miller, H. Jasak, D.A. Boger, E.G. Paterson, and A. Nedungadi. A pressure-based, compressible, two-phase flow finite volume method for underwater explosions. Computers & Fluids, 87:132–143, 2013.
  • [88] B. Nogowizin. Theorie und Praxis des Druckgusses. Schiele und Schoen, Berlin, 1st edition, 2010.
  • [89] B. Nykvist and M. Nilsson. Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles. Nature Climate Change, 5(4):329, 2015.
  • [90] S.V. Patankar and D.B. Spalding. A calculation procedure for heat, mass and momentum transfer in three-dimensional parabolic flows. In Numerical Prediction of Flow, Heat Transfer, Turbulence and Combustion, pages 54-73. Elsevier, 1983.
  • [91] T. L. Perelman. On conjugated problems of heat transfer. Int. J. Heat Mass Transfer, 3:293–303, 1961.
  • [92] F. Peti, L. Grama, and I. Solovăstru. Technico-economical aspects of the high pressure diecasting process profitability in the automotive brackets manufacturing. In 2nd International Conference Economics and Management-Based on New Technologies EMoNT, pages 14–17, 2012.
  • [93] S.B. Pope. Turbulent Flows. IOP Publishing, 2001.
  • [94] M. Popovac and K. Hanjalic. Compound wall treatment for rans computation of complex turbulent flows and heat transfer. Flow, turbulence and combustion, 78(2):177, 2007.
  • [95] A. Reikher and M.R. Barkhudarov. Casting: an analytical approach. Springer Science & Business Media, 2007.
  • [96] A. Ries, S. Kohlstädt, C. Wohlfeld, and M. Rauchschwalbe. Gehäuse, elektrische Maschine mit einem derartigen Gehäuse sowie Fahrzeug, 2016. DE Patent DE102,014,226,303.
  • [97] E. Robertson, V. Choudhury, S. Bhushan, and D.K. Walters. Validation of OpenFOAM numerical methods and turbulence models for incompressible bluff body flows. Computers & Fluids, 123:122–145, 2015.
  • [98] J. Roenby, H. Bredmose, and H. Jasak. A computational method for sharp interface advection. Royal Society Open Science, 3(11):160405, 2016.
  • [99] H. Rusche. Computational fluid dynamics of dispersed two-phase flows at high phase fractions. PhD thesis, Imperial College London (University of London), 2003.
  • [100] J.D. Sachs. From millennium development goals to sustainable development goals. The Lancet, 379(9832):2206-2211, 2012.
  • [101] J. Salencon and S. Lyle. Handbook of Continuum Mechanics: General Concepts - Thermoelasticity. Physics and astronomy online library. Springer, 2001.
  • [102] R.R. Schaller. Moore's law: past, present and future. IEEE spectrum, 34(6):52-59, 1997.
  • [103] T. Schneider, S. Kohlstädt, and U. Rabus. Gehäuse mit Druckgussbauteil zur Anordnung eines elektrischen Fahrmotors in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Druckgussbauteils, 2016. DE Patent DE201,410,221,358.
  • [104] R. Schwarze. CFD Modellierung: Grundlagen und Andwendungen bei Strömungsprozessen (German Edition). Springer Vieweg, 2013.
  • [105] I.H. Shames. Mechanics of Fluids McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering. McGraw-Hill, 2003.
  • [106] P. R. Spalart and S. R. Allmaras. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows. Recherche Aerospatiale, (1):5–21, 1994.
  • [107] C. Speziale. Turbulence modeling for time-dependent RANS and VLES: a review. AIAA journal, 36(2):173–184, 1998.
  • [108] H.B. Stewart and B. Wendroff. Two-phase flow: models and methods. Journal of Computational Physics, 56(3):363-409, 1984.
  • [109] W. Sumelka, T. Blaszczyk, and C. Liebold. Fractional euler-bernoulli beams: Theory, numerical study and experimental validation. European Journal of Mechanics-A/Solids, 54:243-251, 2015.
  • [110] T. Takahashi, T. Miyahara, and H. Mochizuki. Fundamental study of bubble formation in dissolved air pressure flotation. Journal of Chemical Engineering of Japan, 12(4):275–280, 1979.
  • [111] Ε.Ρ.Α.Ε.Η. Tennekes, H. Tennekes, J.L. Lumley, J.L. Lumley, and Massachusetts Institute of Technology. A First Course in Turbulence. The MIT Press. Pe Men Book Company, 1972.
  • [112] G. Timelli and A. Fabrizi. The effects of microstructure heterogeneities and casting defects on the mechanical properties of high-pressure die-cast alsi9cu3 (fe) alloys. Metallurgical and Materials Transactions A, 45(12):5486-5498, 2014.
  • [113] J. Tollefson. Car industry: charging up the future. Nature news, 456(7221):436-440, 2008.
  • [114] Ž. Tuković, A. Karač, P. Cardiff, H. Jasak, and A. Ivanković. OpenFOAM Finite Volume Solver for fluid-solid interaction. Trans. FAMENA, 42:1–31, 2018.
  • [115] E.H. van Brummelen and B. Koren. A pressure-invariant conservative godunov-type method for barotropic two-fluid flows. Journal of Computational Physics, 185(1):289 – 308, 2003.
  • [116] H.K. Versteeg and W. Malalasekera. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. Pearson Education Limited, 2007.
  • [117] K. Vollrath. Herstellung hochwertiger salzkerne durch warmkammerdruckgießen. GIESSEREI, 103(1):32–37, 2017.
  • [118] T.H. Von Karman. The impact on seaplane floats during landing. National Advisory Committee on Aeronautics, 1929.
  • [119] V. Vukčević. Numerical modelling of coupled potential and viscous flow for marine applications. PhD thesis, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu, 2016.
  • [120] M. Vynnycky, S. Kimura, K. Kanev, and I. Pop. Forced convection heat transfer from a flat plate: the conjugate problem. International Journal of Heat and Mass Transfer, 41(1):45–59, 1998.
  • [121] H. Wagner. Über stoß-und gleitvorgänge an der oberfläche von flüssigkeiten. ZAMM-Journal of Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 12(4):193–215, 1932.
  • [122] H.G. Weller, G. Tabor, H. Jasak, and C. Fureby. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object orientated techniques. Computers in Physics, 12(6):620–631, 1998.
  • [123] F.M. White. Fluid mechanics, in SI units. McGraw-Hill, 2011.
  • [124] J. Wienke. Druckschlagbelastung auf schlanke zylindrische Bauwerke durch brechende Wellen: theoretische und großmaßstäbliche Laboruntersuchungen. PhD thesis, 2001.
  • [125] J. Wienke, U. Sparboom, and H. Oumeraci. Breaking wave impact on a slender cylinder. In Coastal Engineering 2000, pages 1787-1798. 2001.
  • [126] D.C. Wilcox. Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models. AIAA J., 26(11):1299–1310, 1988.
  • [127] D.C. Wilcox et al. Turbulence modeling for CFD, volume 2. DCW industries La Canada, CA, 1998.
  • [128] S.H. Wüst. Zum Temperaturwechselverhalten von Werkzeugstählen für das Druckgießen, volume 18. Kassel University Press GmbH, 2015.
  • [129] S.H. Wüst, A. Gebauer-Teichmann, and B. Scholtes. Charakterisierung des Oberlächenzustands metallischer Dauerformen für das Druckgießen im Produktionsprozess. HTM Journal of Heat Treatment and Materials, 68(3):150-159, 2013.
  • [130] V. Yakhot, S. A. Orszag, S. Thangam, T. B. Gatski, and C. G. Speziale. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique. Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 4:1510–1520, 1992.
  • [131] M. Ziegler. Diesel in the city center challenges for the engine of the future. MTZ worldwide, 80(1):10–15, 2019.

9. 著作権:

  • 本資料は、Sebastian Kohlstädtの論文「On determining lost core viability in high-pressure die casting using Computational Continuum Mechanics」に基づいて作成されました。
  • 論文出典: ISBN 978-91-7873-206-7

本資料は上記の論文に基づいて要約作成されたものであり、商業目的での無断使用は禁止されています。
Copyright © 2025 CASTMAN. All rights reserved.

PDF View
Tags: Al-Si alloy; ,Applications; ,CAD; ,CFD; ,Die casting; ,Efficiency; ,Electric vehicles; ,High pressure die casting; ,Microstructure; ,Salt Core; ,STEP; ,자동차; ,해석