一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法及相关装置与流程

本申请涉及砂型铸造模拟，尤其涉及一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法及相关装置。

背景技术：

1、低压砂型铸造是一种常见的铸造方法，广泛应用于制造复杂形状的金属零件。在低压砂型铸造过程中，液态金属在低压作用下充填砂型型腔，待充填在砂型型腔中的液态金属冷却并凝固后形成铸件。

2、液态金属的凝固过程对铸件的质量和性能有重要影响，尤其是温度场的变化和相变过程直接关系到铸件内部是否会形成缺陷，比如，气孔、缩孔和裂纹等。故，准确模拟液态金属的凝固过程对于优化铸造工艺、提高铸件质量具有重要意义。

3、现有技术中一般采用有限体积法（finite volume method，fvm）模拟低压砂型铸件的凝固过程，具体由cpu（central processing unit，中央处理器）完成整个模拟过程的计算工作。然而，有限体积法在处理模拟低压砂型铸造凝固这种大规模的三维问题时，计算量巨大，cpu的计算速度很慢，不能满足低压砂型铸造凝固模拟过程对于计算过程提出的实时性要求。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请提供了一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法及相关装置，以提供一种满足低压砂型铸造凝固模拟过程对于计算过程提出的实时性以及高精度要求的目的。具体方案如下：

2、本申请第一方面提供一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法，应用于参与低压砂型铸造凝固模拟系统计算过程的异构并行系统，异构并行系统包括中央处理器和图形处理器；该方法包括：

3、中央处理器获取目标压铸件的三维模型和模具的三维模型、网格剖分配置文件和温度求解配置文件；

4、按照网格剖分配置文件将目标压铸件的三维模型和模具的三维模型剖分为正交六面体网格；正交六面体网格中包括多个网格单元；

5、依据正交六面体网格和温度求解配置文件，确定目标压铸件和模具的初始化数据；将初始化数据发送到图形处理器；

6、中央处理器调用预先编写的核函数，控制图形处理器基于初始化数据并行计算各个温度场离散方程，得到目标压铸件对应的温度场数据；各个温度场离散方程由温度控制方程离散所得，与网格单元一一对应；

7、图形处理器依据温度场数据模拟目标压铸件的凝固相变过程，得到相变数据；

8、图形处理器将温度场数据和相变数据发送往中央处理器；

9、中央处理器将温度场数据和相变数据处理成预设模拟结果；预设模拟结果包括温度场分布云图和固相分数演化过程图。

10、在一种可能的实现中，初始化数据包括初始条件数据和边界条件数据，依据正交六面体网格和温度求解配置文件，确定目标压铸件和模具的初始化数据，包括：

11、依据温度求解配置文件配置正交六面体网格上目标压铸件和模具的初始条件数据和边界条件数据。

12、在一种可能的实现中，在中央处理器调用预先编写的核函数之前，还包括：

13、图形处理器依据各个温度场离散方程编写核函数。

14、在一种可能的实现中，图形处理器基于初始化数据并行计算各个温度场离散方程，包括：

15、图形处理器将目标压铸件对应的正交六面体网格上的各个网格单元与各个温度场离散方程相匹配，将初始化数据输入到各个温度场离散方程中，并行迭代计算各个温度场离散方程。

16、在一种可能的实现中，将初始化数据输入到各个温度场离散方程中，并行迭代计算各个温度场离散方程，包括：

17、将初始化数据输入到各个网格单元分别对应的温度场离散方程中，迭代求解各个温度场离散方程分别对应的空间离散点的温度数据，由温度数据生成温度场数据。

18、在一种可能的实现中，图形处理器依据温度场数据模拟目标压铸件的凝固相变过程，得到相变数据，包括：

19、依据温度场数据的变化，建立目标压铸件的凝固相变模型；凝固相变模型被配置为：基于温度场数据的变化，追踪目标压铸件的固液界面的变化过程以及相变区域，输出相变数据。

20、本申请第二方面提供一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速装置，该装置包括：

21、中央处理器处理单元和图形处理器处理单元；其中：

22、中央处理器处理单元，用于获取目标压铸件的三维模型和模具的三维模型、网格剖分配置文件和温度求解配置文件；按照网格剖分配置文件将目标压铸件的三维模型和模具的三维模型剖分为正交六面体网格；正交六面体网格中包括多个网格单元；依据正交六面体网格和温度求解配置文件，确定目标压铸件的初始化数据；将初始化数据发送到图形处理器处理单元；

23、中央处理器处理单元，用于调用预先编写的核函数，控制图形处理器基于初始化数据并行计算各个温度场离散方程，得到目标压铸件对应的温度场数据；各个温度场离散方程由温度控制方程离散所得，与网格单元一一对应；

24、图形处理器处理单元，用于依据温度场数据模拟目标压铸件的凝固相变过程，得到相变数据；将温度场数据和相变数据发送往中央处理器处理单元；

25、最后，中央处理器处理单元，用于将温度场数据和相变数据处理成预设模拟结果；预设模拟结果包括温度场分布云图和固相分数演化过程图。

26、本申请第三方面提供一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速设备，包括至少一个处理器和与处理器连接的存储器，其中：

27、存储器用于存储计算机程序；

28、处理器用于执行计算机程序，以实现如上文中任意一项所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法。

29、本申请第四方面提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时，实现如上文中任意一项所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法。

30、本申请第五方面提供一种计算机存储介质，计算机存储介质承载有一个或多个计算机程序，当一个或多个计算机程序被电子设备执行时，能够使电子设备实现如上文中任意一项所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法。

31、综上所述，本申请提供的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法及相关装置，中央处理器将获取到的目标压铸件的三维模型和模具的三维模型剖分为包括多个网格单元的正交六面体网格，然后，依据正交六面体网格和温度求解配置文件确定目标压铸件和模具的初始化数据，将初始化数据发送到图形处理器，中央处理器调用预先编写的核函数，控制图形处理器基于初始化数据并行计算由温度控制方程离散成的各个温度场离散方程，得到目标压铸件对应的温度场数据；然后，图形处理器依据温度场数据模拟目标压铸件的凝固相变过程后，得到相变数据。最后，将温度场数据和相变数据发送往中央处理器，由中央处理器将温度场数据和相变数据处理成预设模拟结果。本申请中引入图形处理器协同中央处理器加速低压砂型铸造的凝固模拟的计算过程，图形处理器能够并行计算出目标压铸件的温度场数据，大大提高了计算速度，达到低压砂型铸造凝固模拟对于计算过程提出的实时性的要求。

技术特征：

1.一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法，其特征在于，应用于参与低压砂型铸造凝固模拟系统计算过程的异构并行系统，所述异构并行系统包括中央处理器和图形处理器；该方法包括：

2.根据权利要求1所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法，其特征在于，所述初始化数据包括初始条件数据和边界条件数据；所述依据所述正交六面体网格和所述温度求解配置文件，确定所述目标压铸件和所述模具的初始化数据，包括：

3.根据权利要求1所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法，其特征在于，在所述中央处理器调用预先编写的核函数之前，还包括：

4.根据权利要求1所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法，其特征在于，所述图形处理器基于所述初始化数据并行计算各个温度场离散方程，包括：

5.根据权利要求4所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法，其特征在于，将所述初始化数据输入到所述各个温度场离散方程中，并行迭代计算所述各个温度场离散方程，包括：

6.根据权利要求1所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法，其特征在于，所述图形处理器依据所述温度场数据模拟所述目标压铸件的凝固相变过程，得到相变数据，包括：

7.一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速装置，其特征在于，该装置包括：

8.一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速设备，其特征在于，包括至少一个处理器和与所述处理器连接的存储器，其中：

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任意一项所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质承载有一个或多个计算机程序，当所述一个或多个计算机程序被电子设备执行时，能够使所述电子设备实现如权利要求1至6中任意一项所述的低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法。

技术总结
本申请公开了一种低压砂型铸造凝固模拟过程的加速方法及相关装置，涉及砂型铸造模拟技术领域，应用于参与低压砂型铸造凝固模拟系统计算过程的异构并行系统，所述异构并行系统包括中央处理器和图形处理器，中央处理器调用预先编写的核函数，控制图形处理器基于初始化数据并行计算由温度控制方程离散得到的各个温度场离散方程，得到目标压铸件对应的温度场数据，然后再依据温度场数据，得到相变数据，完成对于低压砂型铸造凝固过程的模拟。本申请引入图形处理器协同中央处理器加速低压砂型铸造凝固模拟的计算过程，图形处理器能够并行计算出目标压铸件的温度场数据，达到低压砂型铸造凝固模拟对于计算过程提出的实时性的要求。

技术研发人员：马匡,李忠林,张伟
受保护的技术使用者：北京适创科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5