金属凝固过程数值模拟的可视化研究
摘要
铸造生产出现的许多缺陷都与金属凝固过程密切相关。铸件凝固过程的计算机模拟近年来得到了很大的发展，可以准确地描述这一复杂的变化过程，显示铸件凝固过程中所发生的温度变化和液固态变化，并预测出可能发生的缺陷。本论文主要研究铸造过程数值模拟的前、后处理技术，并编制了进行前、后处理的应用软件。
铸件凝固过程数值模拟软件一般都不自带造型部分，因此软件本身与第三方造型软件的输出数据的接口是首先要解决的问题，即前处理问题。本文对造型软件输出的STL文件格式进行了详细的研究，设计了将其转换为模拟软件自身数据结构的方法，并编制了相应的接口程序模块，实现了模拟软件与前端造型软件的无缝连接。
通过数值模拟计算得到的目标数据能比较真实的模拟铸造过程。但是这些目标数据有一个共同的特征就是数据量非常庞大。用户很难直接从这些抽象、庞大的目标数据中获得有用的信息。后处理的任务就是要把目标数据转化为计算机图形，从而为用户分析这些目标数据提供一种直观方便的手段。
本文借助了科学计算可视化中的体视化技术进行目标数据的处理。文中对科学计算可视化的起源和发展现状做了全面的探讨。按照科学计算可视化的一般处理方法对凝固过程数值模拟计算所得的大量数据进行了处理，将庞大、枯燥的结果数据转化成鲜艳直观的图形。
文中应用计算机图形学的知识，针对模拟计算使用的正交网格单元设计了适合于处理凝固模拟结果数据的独特的处理流程和算法。对投影矩阵和消隐算法等进行了改进，使计算机处理图形的速度得到了很大的提高，同时使最后得到的图形更能准确的显示用户所关心的问题。
软件采用微软公司的面向对象的可视化开发语言VC++ 6.0编写，利用其对话框等交互手段实现了用户对处理过程的全面控制，对图形的生成，属性的映射都能进行人工干预，因此使得处理后得到结果能最大程度地满足用户的要求。
Many faults in castings are tightly associated with the solidification process of the liquid metal. The solidification simulation by computer has gained a great development in recent years, it can correctly describe the complex change process and show us the temperature and liquid to solid change during the solid process and predict the faults maybe happen. The paper concern with the pre-and subsequent process technology of the simulation and programmed a application for it.
Common Numerical solidification simulation software has not include a sculpt function. So, the interface between the output datum of the third party software used to sculpt and the application itself is the issue must be overcome firstly. The paper particularly study the output STL document format of the sculpt software, designed the method for transform them to the own datum format of the application and programmed the corresponding interface program, realize the directly connect to the sculpt software.
The target datum of simulation can correctly represent the casting process. But, these datum has a common character that they are very large. The user can not achieve useful information from these nonfigurative, large amount of datum directly. The task of subsequent process is to change these datum to computer graphics, provide a convenience instrument for the user to analyze the target datum.
The paper deal with the target datum by the Volume Visualization, Part of the Scientific Visualization. The
paper studied the origin and evolution of the Scientific Visualization, we process the mass datum form simulation according to the traditional method of Scientific Visualization ,change the large amount, bald target datum to brilliance, visible graphics.
Based on the knowledge of computer graphics, we designed the unique flow and arithmetic suit to the simulation datum according to the perpendicular grid cell used in the simulation. Enhance the speed of the computer in process graphics by upgrade the projection matrix and Visible-surface detection, and let the graphics achieved show the problem that user care most.
The application is program by the Object-Orient Visual langue VC++ 6.0 of Microsoft. By alternation method such as dialog box , the user can full control the process, have false intervene to the graphic generation and property mapping , this make the achieve result mostly satisfy the user's requirement
铸件凝固过程数值模拟软件一般都不自带造型部分，因此软件本身与第三方造型软件的输出数据的接口是首先要解决的问题，即前处理问题。本文对造型软件输出的STL文件格式进行了详细的研究，设计了将其转换为模拟软件自身数据结构的方法，并编制了相应的接口程序模块，实现了模拟软件与前端造型软件的无缝连接。
通过数值模拟计算得到的目标数据能比较真实的模拟铸造过程。但是这些目标数据有一个共同的特征就是数据量非常庞大。用户很难直接从这些抽象、庞大的目标数据中获得有用的信息。后处理的任务就是要把目标数据转化为计算机图形，从而为用户分析这些目标数据提供一种直观方便的手段。
本文借助了科学计算可视化中的体视化技术进行目标数据的处理。文中对科学计算可视化的起源和发展现状做了全面的探讨。按照科学计算可视化的一般处理方法对凝固过程数值模拟计算所得的大量数据进行了处理，将庞大、枯燥的结果数据转化成鲜艳直观的图形。
文中应用计算机图形学的知识，针对模拟计算使用的正交网格单元设计了适合于处理凝固模拟结果数据的独特的处理流程和算法。对投影矩阵和消隐算法等进行了改进，使计算机处理图形的速度得到了很大的提高，同时使最后得到的图形更能准确的显示用户所关心的问题。
软件采用微软公司的面向对象的可视化开发语言VC++ 6.0编写，利用其对话框等交互手段实现了用户对处理过程的全面控制，对图形的生成，属性的映射都能进行人工干预，因此使得处理后得到结果能最大程度地满足用户的要求。
Many faults in castings are tightly associated with the solidification process of the liquid metal. The solidification simulation by computer has gained a great development in recent years, it can correctly describe the complex change process and show us the temperature and liquid to solid change during the solid process and predict the faults maybe happen. The paper concern with the pre-and subsequent process technology of the simulation and programmed a application for it.
Common Numerical solidification simulation software has not include a sculpt function. So, the interface between the output datum of the third party software used to sculpt and the application itself is the issue must be overcome firstly. The paper particularly study the output STL document format of the sculpt software, designed the method for transform them to the own datum format of the application and programmed the corresponding interface program, realize the directly connect to the sculpt software.
The target datum of simulation can correctly represent the casting process. But, these datum has a common character that they are very large. The user can not achieve useful information from these nonfigurative, large amount of datum directly. The task of subsequent process is to change these datum to computer graphics, provide a convenience instrument for the user to analyze the target datum.
The paper deal with the target datum by the Volume Visualization, Part of the Scientific Visualization. The
paper studied the origin and evolution of the Scientific Visualization, we process the mass datum form simulation according to the traditional method of Scientific Visualization ,change the large amount, bald target datum to brilliance, visible graphics.
Based on the knowledge of computer graphics, we designed the unique flow and arithmetic suit to the simulation datum according to the perpendicular grid cell used in the simulation. Enhance the speed of the computer in process graphics by upgrade the projection matrix and Visible-surface detection, and let the graphics achieved show the problem that user care most.
The application is program by the Object-Orient Visual langue VC++ 6.0 of Microsoft. By alternation method such as dialog box , the user can full control the process, have false intervene to the graphic generation and property mapping , this make the achieve result mostly satisfy the user's requirement
引文
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