计算设计与工程学报：铸造构件的有限元模拟及其工业应用

计算设计与工程学报5（2018）419可在ScienceDirect上获得目录列表计算设计与工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/jcde铸造构件雅各布·奥洛夫松材料和制造Box 1026，SE-551 11 Jönköping，Sweden阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年9月27日收到2018年2月6日收到修订版，2018年在线提供2018年保留字：铸造和凝固建模与仿真部件铸造铸造过程仿真有限元模拟损伤应变能密度A B S T R A C T提出了一种将基于局部微观结构的材料性能纳入铸造构件有限元模拟的新方法。通过采用恐龙头骨和树木等自然设计的视角，全学科的方法可以根据子尺度特征的非均匀分布准确预测结构中的结果表明，异质损伤容限决定的性能和故障的铸铝，和模拟与实验结果的异质拉伸样品，使用数字图像相关（DIC）进行比较。该方法在工业铸件的工业产品实现过程中的数值应用进行了演示，并讨论了该方法在理解自然结构和合成结构的行为和失效方面的适用性。©2018 计 算 设 计 与 工 程 学 会 Elsevier 的 出 版 服 务 这 是 一 篇 基 于 CC BY-NC-ND 许 可 证 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍虽然树木（Barnett& Bonham，2004年），眼睛（Elsheikh等人， 2010）、心脏（Choudhury等人，2009）、恐龙头骨（Rayfield等人，2001）和饼干（Baltsavias，Jurgens，&Van Vliet，1999）可能看起来与铝铸件（Li，Maijer，Lindley，&Lee，2007）和混凝土结构（Bazant，1976）有本质的不同，但它们都有一个共同的属性，即包含决定其行为和性能的微观结构特征和性能的异质分布。在生物和生理结构中，如树木（Barnett& Bonham，2004）、眼睛（Elsheikh等人，2010; Roberts等人，2010 ）、牙齿（Marshall，Marshall，Kinney，&Balooch，1997）、骨（Weiner& Wagner，1998）、主动脉弓（Choudhury等人，2009）和人的皮肤（Naresh，Arumugam，&Sanjeevi，1997）和头骨（Wroe，Moreno，Clausen，McHenry，&Curnoe ， 2007 ） 和 动 物 （ Ferrara 等 人 ， 2011; Strait 等 人 ，2005），异质分布在多个尺度（Lakes，1993）上定制，包括纳米尺度（Tai，Dao，Suresh，Palazoglu，&Ortiz，2007），以实现非凡的性能。在合成结构中，由于加工条件和组成的变化而导致的亚尺度异质性存在于诸如食品的领域中（Baltsavias等人， 1999）、铸型（Li等人， 2007）和伪造（Choi，Liu，Sun，Khaleel，&由计算设计与工程学会负责进行同行评审。电子邮件地址：jakob. ju.seFekete ， 2009 年 ） 汽 车 部 件 ， 注 塑 热 塑 性 塑 料 （ Michaeli&Baranowski，2010年）以及混凝土（Bazant，1976年）结构。与大多数金属合金一样，铝合金在非等温转变中通过相的成核和生长而凝固，其中组成和局部冷却速率控制相选择和不同相生长的可用时间，从而控制所形成相的形态和细化（Dantzig Rappaz，2009）。同时，化学和流变液-固相互作用导致局部现象，例如元素的分离以及应变和剪切带的形成（Gourlay Dahle，2007）。因此，铝铸件不可避免地包含异质微观结构，微观结构的各种成分的尺寸、体积分数、形态和化学组成具有空间变化。铝铸件的机械性能由合金的化学成分和局部凝固条件和凝固后处理产生的显微组织决定。塑性应变硬化、极限抗拉强度和断裂伸长率与微观结构抵抗位错运动的能力密切相关，这受树枝状铝基体的尺度和化学性质以及金属间相和共晶相的分布和形态过去的研究主要集中在用拉伸法表征铸铝的机械性能，其中测量试样的平均响应例如夹式或激光引伸计。样品通常由https://doi.org/10.1016/j.jcde.2018.02.0022288-4300/©2018计算设计与工程学会Elsevier的出版服务这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。420J. Olofsson/ Journal of Computational Design and Engineering 5（2018）419Z¼2019-02 - 22定向凝固，能够控制凝固速率，确保材料具有均匀的微观结构和低水平的缺陷（Olofsson，Svensson，Lava，Debruyne，2014）。铸造铝合金的失效通常是根据极限拉伸强度和断裂伸长率来讨论的，这已经成为与微观结构和失效特性相关的几项研究的焦点。失效与孔 隙 度 （ Do Lee ， 2007 ） 、 硅 沉 淀 物 （ Caceres Griffiths ，1996;Lebyodkin ， Deschamps ， Bréchet ， 1997; Tiryakioglu ，2006）、富铁金属间化合物（Wang，Apelian，Lados，2001）和氧化膜（Campbell，2003）等特征的数量和形态密切相关，其中孔隙度对疲劳寿命等几种机械性能的影响最大（Wang，Apelian，Lados，2001）。拉伸强度和断裂伸长率随热处理温度的升高而降低，其中，Wc是对应于目标应力rc的目标SED，定义为第IV阶段硬化开始时的应力水平。如果达到或超过目标，则QE被认为等于1即，即使实现了大于Wc的SED。使用Voce方程，推导出基于含不连续性样品中硬化初始阶段的Wc理论估计值（Tiryakioglu等人， 2004年）。有限元法（FEM）的模拟方法，考虑在铝铸件中的损伤的开始和演变已经在文献中提出。Horstemeyer和Wang（2003）开发了一种基于应力状态相关的空隙成核（Horstemeyer Gokhale，1999）、空隙生长和聚结（Horstemeyer，Lathrop，Gokhale，Dighe，2000）模型的方法。在Dørum、Laukli、Hopperstad和Langseth（2009年）提出的方法中，SED以Cockroft-Latham断裂准则的形式使用，表示为孔隙率（Do Lee，2007），而屈服强度相对不受影响或略有降低（Zahedi等人，2007年）。然而，正如Alexopoulos和Tiryakioglu（2009年）所指出的那样，这些基本的WC-L¼Zmax=1;0depl;eq 6WC-L;c4在非临界应用中，倾向于强调拉伸性能，而在损伤容限很重要的临界应用中，强调断裂韧性和应变能密度（SED）等性能。应变能密度，这里表示为W（MJ/m3），也称为拉伸韧性，定义为真实应力-应变拉伸曲线下的面积，即（Alexopoulos&Tiryakioglu，2009）其中r1是最大主应力。如果只考虑位置-最大主应力的最大值，由积分中的最大函数表示，只有拉应力被假定为对损伤有贡献。假设断裂发生时，的Cockroft-Latham积分达到临界值Wc-L，c。 该方法适用于铸件有限元模拟中考虑孔隙的影响，但仅限于薄壁结构其中可以使用分层壳单元（Dørum等人，2009年）。两Wefrde0ð1Þ这些方法以不同的方式解决铝铸件中缺陷的影响。然而，他们中没有一个解决了当地SED 是 材 料 每 单 位 体 积 试 样 吸 收 能 量 的 量 度 （ Tiryakioglu 、Staley、Campbell，2004），描述了材料的损伤容限潜力，可用于评估静态和疲劳载荷条件下的断裂（Jeong、Orringer、Sill，1995）。SED与断裂力学中裂纹扩展分析中使用的J积分的定义密切相关（Kuang& Chen，1996），并与断裂伸长率和断裂韧性有很强的关系（Alexopoulos&Tiryakioglu，200 9）。因此，可以将SED视为测量弹塑性断裂响应的参数，并牢固地基于断裂力学（Tiryakioglu例如， 2004年）。不同铝合金的性能和缺陷敏感性也可以从质量方面进行讨论。 已经提出了不同的质量指标来比较用于不同目的的合金，如在其他地方审查和讨论的（Alexopoulos Pantelakis，2004; Tiryakioglu，Campbell，&Alexopoulos，2009）。Tiryakioglu等人（2004）基于破坏试样的能量可以作为结构完整性的度量的论点，提出了无量纲（该质量指数基于样品中获得的SED与无主要结构缺陷的试样中获得的SED之间的比较，Wmdf，公式为WEWmdf使用Kocks- Mecking应变硬化模型（Kocks Mecking，2003）中描述的四个硬化阶段，作者认为，没有主要不连续性的材料将达到第四阶段硬化，在此阶段，它将吸收其SED的大部分，而仅略微增加工程应力。基于所谓的目标属性，建议将质量指标评价为（Tiryakioglu）例如，（ 2004年第10期）在具有异质微观结构的结构中发生的机械行为的变化，这是当前工作的主题。在当前作者的先前工作中（Olofsson等人， 2014）中，通过逐渐增加样品中的凝固速率，应用定向凝固来生产具有受控的非均匀异质微观结构的样品。二次枝晶臂间距（SDAS）被认为是作为一个衡量的铸态微观结构的细化，和光学显微镜显示，在SDAS从20mm的样品的上部区域的下部区域到10mm在平面拉伸试样上进行单轴拉伸试验，试验期间采用2D数字图像相关（DIC）（Chu，Ranson，Sutton，1985）进行全场拉伸测量在200 MPa的载荷下，发现样本的上部区域比下部区域表现出更高的应变，图1a。在300 MPa的载荷下，下部区域的应变较高，图。 1 b. 为了理解应变水平的变化，在不同的恒定凝固速率下制备具有非常均匀的微观结构的样品通过实施基于微观结构的弹塑性材料行为，FEM模拟揭示了应变分布的这种转变确实是由异质微观结构引起的（Olofsson等人， 2014年）。尽管模拟预测了应变水平的变化，但它们无法预测失效的位置以及拉伸棒在失效时的应力和应变方面的性能。观察到所有异质样品在样品下部的两个特定位置中的任一个中失效，图1c。由于增加的微观结构细化伴随着增加的失效应变（Olofsson等人，2014），参见图2，定性地认识到，预计上部区域中更精细的微观结构在更高的应变水平下失效。然而，由于在某些载荷水平下，上部区域的应变较高，因此具有最高绝对应变水平的位置并不总是与失效位置相关。在目前的工作中，一种准确预测WQE¼Wcð3Þ非均质结构的性能和失效位置。实验技术，数字材料J. Olofsson/ Journal of Computational Design and Engineering 5（2018）419421图1.一、非均质试样的应变和损伤分布（a）在200 MPa载荷下的DIC测量，以及（b）在300 MPa载荷下注意到所有六个样品通过将微观结构的不均匀性纳入有限元模拟，获得了（d）和（e）中的应变分布。微观结构损伤的不均匀分布如（f）所示在结果中，损伤首先超过1的两个位置用黑线表示这两个位置与（c）中所示的两个故障位置相图二.对于具有SDAS 10、25和50 μ m的不同微观结构细化的均匀样品获得的拉伸曲线（Olofsson等人，2014年）。图经Elsevier许可转载。表征，和有限元模拟相结合，并显示考虑局部微观结构特征释放的预测能力的有限元模拟，以确定在复杂结构的位置和该方法的数值应用，以工业铸造的证明，并探讨未来的途径，实现工业产品的铸件具有高性能和损伤容限。本文旨在增加对结构失效的理解，使设计工程师、结构分析师以及材料工程师能够在产品实现工作中使用基于微结构的材料性能。2. 实验方法关于材料、测试程序和模拟的细节在先前的工作中提供（Olofsson等人，2014年）。简而言之，基础材料取自铸造部件，即在高压压铸（HPDC）铸造厂连续生产的卡车飞轮壳体。该合金符合EN AC 46，000标准，这是一种含有0.6-1.1%铁（Fe）的HPDC合金，以降低在永久模具中粘附的风险。相对高的铁含量在固化期间产生形成富铁金属间化合物的风险，这可能对材料的机械性能有害并影响孔隙形成。的422J. Olofsson/ Journal of Computational Design and Engineering 5（2018）419ðÞDÞ¼0ðÞð Þ从三次测量中测得的平均组成（以重量百分比计）为9.8%Si、2.7%Cu、0.8%Fe、0.2%Mg和0.0007%Sr。在当前的工作中，使用了一组直接来自铸造部件的八个样品，这些样品取自铸件上的八个这些位置都具有薄的横截面，导致快速固化和精细的微观结构。在提取铸件样品之后，使用部件的剩余材料来生产定向凝固样品。将材料在定向凝固炉中重熔和凝固，其中炉以受控速度向上电子移动，同时样品保持静止。使用三种不同的恒定速度，分别导致约10μ m、25μ m和50μm的 SDAS对于每种速度，生产六个样品。然后使用炉的加速速度生产六个异质样品，以产生局部冷却速率的变化。使用恒定加速度，使得SDAS从10l m在的低区域到20l m在的上地区得到了在先前的工作中提供了额外的细节（Olofsson等人， 2014年）。在室温下使用0.35 mm/min的恒定十字头速度进行单轴拉伸测试。2D DIC用于全场拉伸测量。在当前的工作中，使用15像素的子集大 小、 5 像素 的步 长和 21 像素 的应 变窗 口在 MatchIDTM 版本2015.1.4（Gent，Belgium）中进行了验证位移的空间分辨率为15个像素（0.6mm），应变的空间分辨率为在MAGMASOFTTM软件v. 5.3（德国亚琛）。一个网的近似。产生了200万个元素。从标准数据库中指定材料数据，使用钢作为永久模具材料，使用AlSi9Cu3（ENAC 46，000）作为铸造合金。模拟从700 °C的初始熔融温度到完全固化的固化。SDAS，杨氏模量和孔隙率的值进行了预测的商业软件，而派生的材料模型实施到一个开发版本。对于FEM模拟，使用C3D10型单元（10节点二次四面体单元）在ABAQUSTM使用ABAQUSTM版本 6.12-2隐式求解器进行模拟。3. 结果和讨论3.1. 基于微结构的应变能密度为了理解非均匀样品的破坏，首先研究了均匀样品 图 3. SED在均匀样品中获得不同的微观结构，图3.第三章。应变能密度作为非均匀变量。采用恒冷速定向凝固技术制备的三种不同SDAS的SED，WD。误差条表示三个样品在每个点的标准偏差。发现增加的微观结构细化，即减少的SDAS，增加材料的SED。虚线描绘了经验数值模型Eq. （五）、3.2. 非均匀试样对于非均质试样，从均质试样中获得的SED可用作基础通过在有限元模拟中引入损伤指标，提出了一种确定非均质结构临界区域的新方法。损伤在这里被定义为所利用的局部微观结构最大承载能力的分数。因此，局部损伤水平揭示了在给定载荷下局部微观结构中吸收的SED量相对于微观结构在失效前可吸收的最大SED。SED作为材料性能和损伤容限的衡量标准，适用于生物材料（Dumont、Grosse、Slater，2009;Purslow，1991）以及金属（Ritchie，2011; Tiryakioglu例如， 2004年）。使用SDAS和SED之间建立的关系，方程。（5）可以导出基于SED的损伤起始指标。破坏时的总真应变ef通过数值求解方程WSDAsZef rSDASde6的结构改进，表明SDAS。结果表明，材料的SED强烈依赖于组织的细化，SED随组织的细化而增加。因此，增加的微观结构细化促进材料在断裂前吸收更多能量的能力。虽然先前的研究已经研究了SED与伸长的关系（Tiryakioglu等人，2009）或屈服强度（Tiryakioglu等人，2004），在不同的微观结构细化的类似的结果还没有发现。SED通常被视为合金的特定性能，但结果表明，SED将随微观结构而变化。采用定向凝固（WD）技术，WDSDAS计算器E×实验F ωSDAS计算器5见图3，其中E（MJ/m3）和F（-其 中 使 用 基 于 Hollomon 方 程 的 先 前 导 出 的 模 型 来 描 述 rSDAS（Olofsson等人，2014年）。因此，对于FEM网格中的每个单元，SDAS的局部值不仅用于预测弹塑性行为，而且用于预测SED的单元值，从而预测临界损伤开始时的应变水平利用ABAQUSTM中的延性金属损伤起始准则，将该临界塑性应变水平应用于非均质试样拉伸试验的有限元模拟中。在定向凝固样品的下部（SDAS = 20l m）和上部（SDAS = 10l m）中的SDAS的测量值被用作模型的数值输入，假设在减小的厚度长度上线性变化在模拟过程中，使用损伤变量D（-）进行跟踪，从零开始，当达到定义的应变水平时达到1。因此，接近1的值对应于临界损坏，并指示具有高静态故障风险的区域。请注意，在目前的工作中，损伤的演变，一旦达到损伤启动，J. Olofsson/ Journal of Computational Design and Engineering 5（2018）419423LLLLD2017年12月27日没有研究。当前的FEM模拟是一种连续模型，适用于指示具有裂纹萌生临界风险的区域，并且可以进一步研究该区域中裂纹的萌生和传播，例如使用多尺度技术（Olofsson，Salomonsson，Svensson，2015）。在两种不同载荷水平下的有限元模拟结果为如图1F所示。结果表明，已经在低载荷水平，200 MPa，损伤水平是在较低的区域较大在特定的微观结构细化的合金的潜力。在下文中，局部SED电位因此被定义为W_LP（1）=W_D（SDAS），其中W_D与SDAS通过等式2相关（五）、一般品质因数的值取决于几个与工艺相关的参数，例如熔体纯度、熔体处理、内浇口系统的设计等。作为第一步，品质因数被视为仅取决于一般铸造的恒定值过程质量，这里表示为Q gen。Q值的估计L L比在上部区域。虽然上部区域的应变更高，但模拟结果表明，下部区域表现出更高的失效风险，因为此处的微结构利用了更高比例的SED。当载荷增加到300 MPa时，在试样的下部区域发现最高水平的损伤和应变。随着载荷的进一步增加，发现在两个特定位置处的损伤超过1，与实验观察到的两个失效位置完全模拟预测，局部损伤水平达到统一的平均伸长率为3.9%的激光引伸计面积，和相应的极限拉伸应力为340 MPa。这些值接近（低于低于5%） 4.1%断裂伸长率和347MPa极限拉伸强度的实验平均结果因此，基于微观结构的SED能够准确预测异质样品中的临界面积和临界载荷水平3.3. 应用于铸件对于当前的铸造工艺，对来自工业铸件的样品进行评价。本文所研究的工业铸件是采用高压压铸法生产的飞轮壳体.进行拉伸试验并评价SDAS，见方法。其结果示于表1。平均而言，获得了Qgen= 0.36的局部质量指数，这表明在连续生产中生产的材料能够达到平均36%的SED，如果使用定向凝固技术以相同的微观结构细化凝固材料，则该材料能够吸收该SED。尚未发现关于微观结构相关质量指数的比较报告，但对于不同合金和处理，报告了在QE= 0.2因此，目前的结果与其他调查结果一致对于给定的Qgen值，现在可以计算每个子体积i的局部SED，该局部SED定义了FEM模拟中的损伤开始，WiSDASiQgenωWiSDASi 83.3.1. 一般质量在工业铸件中，不同类型的缺陷会将微观结构的SED降低到其潜力 的 一 小 部 分 类 似 于 前 面 描 述 的质 量 指 数 背后的推理提 出 的Tiryakioglu等人。（2004），参见Eq. （2）、使用在无缺陷材料中获得的材料SED电位的实现分数的概念在这里被认为是材料质量的度量 根据图中的结果。 3，它被发现，也必须评估特定的局部微观结构条件的SED电位，而不是被认为是一个合金特定的常数。局部获得的SED，以及SED电位，因此是异质的和微观结构相关的。获得的局部SEDWL和局部SED电位WLP之间的比率，两者均相对于局部微观结构特征进行在此称为品质因数QL，其计算为W.L.LWLPl对于铸态铝，SDAS在此作为控制SED的单一微观结构特征处理的第一步虽然可以应用不同的技术来确定材料的潜力，如引言中所讨论的，但是在定向凝固中以均匀微观结构生产的样品中获得的SED在当前的工作中被认为是当量（8）应用到所研究铸件的铸造过程模拟中。图4a示出了通过铸件的切片中的铸造过程模拟结果。该区域是令人感兴趣的，因为它包含螺栓孔，其中铸件在操作期间具有高负载。铸造过程模拟表明，在外部区域中的SED预期高于在几何形状的中间区域。由于在较厚部分的中心预测了较长的凝固时间，因此在较厚部分内预测了较粗的微观结构，即SDAS的值高于较薄部分，从而导致较厚部分内的SED较低局部损伤方法被应用到内部开发的软件中，用于铸造部件的封闭模拟链（Olofsson Svensson，2012）。铸造过程模拟结果的弹塑性行为和SED被应用到定义的材料行为，包括在每个元素的有限元网格的故障发生图4b显示了螺栓拧紧和铸件承受载荷时的损伤有限元模拟结果，显示在给定载荷情况下内部损伤分布相当均匀，并且在螺栓孔附近发现了超过D= 0.4的高水平损伤3.3.2. 定制当地材料性能如图1所示，不仅弹塑性行为，而且局部损伤水平也高度受控于局部表1直接从工业铸件上取样的拉伸试验结果括号中的值显示了每个样品中测得的标准偏差局部品质因数使用等式（1）确定。（七）、样品SDAS（lm）抗拉强度（MPa）0.2%屈服强度（MPa）Tot.艺龙（%）W（MJ/m3）Qgen（L18（0.6）274.6153.73.16.80.3728（1.0）275.3156.12.96.40.3539（1.0）282.6164.92.86.40.3748（0.7）282.4172.42.55.60.31510（1.3）278.5170.92.65.70.36611（0.8）283.8164.62.86.30.43712（1.4）270.0169.32.04.20.32810（1.0）278.9165.62.65.70.37平均278.3（4.4）164.7（6.3）2.7（0.3）5.9（0.8）0.36（0.03）424J. Olofsson/ Journal of Computational Design and Engineering 5（2018）419LLLLLLLLPLL图四、工业铸件横截面中SED和损伤的不均匀分布（a）使用原始模具模拟SED的不均匀分布（b）损伤变量D的分布，在给定载荷的FEM模拟中获得（c）与（b）相比，（d）使用激冷局部地增加SED，导致由负载引起的损坏水平降低（e）非均匀品质因数QL，在预测孔隙率的地方局部降低当铸件承受载荷时，由于孔隙率导致的SED的局部减少导致具有更高局部微观结构损伤的区域，（f）与无孔隙材料相比，（b）微观结构条件。然后合理地假设，通过控制局部凝固条件，例如通过控制局部冷却速率，可以调整当经受负载时在铸件中获得的局部损伤水平。在工业铸造中，可以例如使用冷铁、绝热和进料器的定位来控制局部凝固。推导出的数值方法现在可以应用于模拟的情况下，异质材料的行为被改变使用在模具中的激冷，在铸件中的关键区域周围。冷铁的作用是提高凝固过程中的局部冷却速率，局部提高显微组织细化，从而提高局部强度，局部SED，如在图1中的铸造模拟结果中所见。 4杯在预测缺陷风险高的区域，例如预期包含孔隙的区域，则通过降低获得的SED来降低材料的机械性能在那个地区。对于该轮廓，SDAS被认为是特征性的微观结构特征，并且局部品质因数与在元素i中的铸造过程模拟中预测的孔隙量的简单线性减小被规定为：QiQgen;孔隙度iQgenω100-孔隙度i 11然后，在元素i中获得的SED由下式给出：WiQgen;SDASi;孔隙度 iQ iQgen;孔隙度i ωW iSDASi 12对于给定的负载情况下，它被发现，这种剪裁显着L LL L D减少了微观结构的损伤，见图4d。通过调整局部微观结构，在承受载荷时临界区域的失效风险因此显著降低。3.3.3. 异质材料质量最后，一个未来的路径扩展的方法，也考虑到局部缺陷，如孔隙率的概述。由于局部缺陷（如孔隙率）影响局部材料性能，并且不同的微观结构对缺陷的敏感性不同，因此品质因子本身可以被视为非均匀变量。在一般公式中，子体积i中的异质品质因子Qi可以表示为函数，先前描述的均匀品质因数Qgen、局部微结构特征li和局部缺陷水平gi的关系，在此表示为：Qi¼fQgen;li;gi9然后，在元素i中实现的SED被确定为：WiQgen;li;giQgen;li;giωWili10将该方法应用到模拟策略中，并对铸件进行了重复的铸造过程模拟和有限元模拟。所获得的局部品质因子的预测局部变化在图4e中示出。在通过铸造工艺模拟预测孔隙率的区域，局部品质因数降低，从而局部降低损伤容限这一地区元素的微观结构。FEM模拟结果（见图4f）揭示了铸件中的一个区域，在该区域中，当铸件承受载荷时，孔隙会显著增加所获得的损伤水平。3.4. 仿真策略在目前的工作中，原来的工作流程的封闭链的模拟铸造组件已被扩展 。 该 策 略 中 的 工 作 流 程 图 示 如 图 5 所 示 。 工 作 流它 受 到Horstemeyer（2012）所描述的集成计算材料工程（ICME）原理的高度启发。与先前讨论的模拟方法（Dørum等人， Horstemeyer& Wang，2003），J. Olofsson/ Journal of Computational Design and Engineering 5（2018）419425图五.铸造零部件封闭模拟链中扩展工作流的示意图该图示基于Olofsson和Svensson（2012）中提出的原始工作流程。当前的策略具有明显的优势，即FEM模拟与铸造过程模拟紧密相连。微观结构形成模型构成了有限元模拟中弹塑性行为以及SED和局部材料质量的基础因此，机械行为和性能完全基于微观结构。此外，目前的方法是基于模拟，可以在设计过程的早期该策略大大提高了铸件工业产品实现过程中有限元模拟的预测能力和适用性，并加强了铸造厂和铸件设计人员之间的合作，因为铸造过程模拟预测的几个参数可以集成到结构分析中。通过了解异质性的相关性并正确控制铸造过程，设计人员可以创建具有定制材料行为和局部损伤容限的铸件作为今后工作的方向，建议在研究工艺条件、显微组织特征和缺陷对材料性能影响的同时，不仅要关注材料的基本拉伸性能，如极限抗拉强度和断裂伸长率，而且要关注应变能密度和弹塑性变形行为。3.5. 今后工作在目前的工作中，数值应用的SED方法的铸造部件。为了加强这一方法的相关性，应在组成部分一级进行试验。然而，在部件测试中，隔离拉伸韧性的局部变化的影响并不简单。与Horstemeyer、Osborne和Penrod（2002）的工作类似，这可以通过研究疲劳行为而不是静态行为来获得。关于缺陷的影响，在目前的工作中，只有一个简单的局部材料品质因数的概念。如果能建立缺陷与SED之间更先进的定量关系，则可以提高该方法的数值精度。在这项工作中提出的异质损伤容限的角度是感兴趣的关键承载结构时，要开发，并需要考虑和预测已经在铸造部件的设计这项工作主要集中在铸件的静态力学性能上，但类似的方法也可用于理解和优化结构的其他性能。即使需要适当地解决材料特定的问题，也可以对一般结构采用异质视角，例如恐龙头骨（Rayfield等人，2001）和树木（Barnett和Bonham，2004）以及人体（Elsheikh等人，2010;Wroe等人，2007年）。热忱欢迎各界人士对本地区的工作作出贡献。4. 结论提出了一种基于非均匀应变能密度和局部微结构特征局部确定损伤起始临界区域的新方法。实验，模拟方法和材料特性已经结合，并实施了一种数值方法的模拟策略的封闭链的模拟铸造组件。 这些发现表明SED与局部微观结构密切相关通过结合弹塑性行为的微观结构相关表征和SED，能够预测应变分布以及非均质结构中的失效位置。与一般铸造工艺质量和局部效应相关的局部品质因数（作为缺陷）可用于确定整个承受载荷的铸件的局部材料性能。研究发现，通过采用自然界目前工作的探索表明，通过建立缺陷和机械性能之间的定量关系，可以实现设计和生产具有高度材料利用率的先进和坚固铸件的新方法。利益冲突一个也没有。确认作者感谢瑞典知识基金会资助CompCAST研究概况，以及延雪平县区域委员会资助ODISSEE项目。阿恩·达勒教授、塞勒姆·塞弗丁教授和英格瓦·L·斯文森也非常感谢对工作和手稿的宝贵意见。引用Alexopoulos，N.，&Pantelakis，S.（2004年）。飞机结构设计要求用的铸造铝合金的新质量指标。Metallurgical and Materials Transactions A，35（1），301-308.Alexopoulos，N. 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