充型過程數值模擬一方面分析金屬液在澆冒口系統和型腔中的流動狀態,優化澆冒口設計并仿真澆道中的吸氣,以消除流股分離和避免氧化,減輕金屬液對鑄型的侵蝕和沖擊;另一方面,分析充型過程中金屬液及鑄型溫度變化,預測冷隔和澆不足等鑄造缺陷。
充型過程數值模擬技術由于所涉及的控制方程多而復雜,計算量大而且迭代結果易發散，加上自由表面邊界問題的特殊處理要求使其難度更大，國內外學者經過多年研究已開發出了MAGMA軟件,Pro CAST等。MAGMA軟件可對中等復雜鑄件進行三維流場分析，獲得比較符合實際情況的初始溫度場分布。
鑄造充型過程數值模擬技術主要有三種方法:
1 SIMPLE法,即壓力連接方程半隱式方法(Semi- Implicit Method for Pressure Linked Equation);
2 SMAC法,即簡化標示粒子法(Simplifed Marker and Cell);
3 SOL A- VOF法,即解法 (Solu-tion Algorithm)及體積函數法 (Volume of Fluid)。
1.5 應力場的數值模擬
鑄件熱應力的數值模擬是通過對鑄件凝固過程中熱應力場的計算、冷卻過程中殘余熱應力的計算來預測熱裂紋敏感區和熱裂紋的。應力場分析可預測鑄件熱裂及變形等缺陷。
由于三維應力場模擬涉及彈性-塑性-蠕變理論及高溫下的力學性能和熱物性參數等,研究的難度大。現在研究多著重于建立專門用于鑄造過程的三維應力場分析軟件包,有些研究是利用國外的通用有限元軟件對部分鑄件的應力場進行模擬分析,這對優化鑄造工藝和提高鑄模壽命發揮了重要作用。應力場模擬分析正向實用化發展，但迄今為止還沒有一種科學方法準確測量金屬鑄件各個部位的熱應力或殘余應力。
1.6 鑄件微觀組織模擬
鑄件微觀組織數值模擬是計算鑄件凝固過程中的成核、生長等,以及凝固后鑄件的微觀組織和可能具備的性能。鑄件微觀組織模擬經過了定性模擬、半定量模擬和定量模擬階段，由定點形核到隨機形核。這一研究存在的問題是很難建立一個相當完善的數學模型來精確計算形核數,枝晶生長速度及組織轉變等。瑞士 M Rappaz教授與美國 Stefanescu教授在 1985年前后同時進行該項目的研究。他們從宏觀溫度場入手,分別對鋁合金及鎳基合金和鐵的晶粒數,晶粒尺寸分布及二次臂距進行估算。鑄件微觀組織模擬研究今后將向定向凝固及單晶方面發展,同時在計算精度、計算速度等方面有很多工作要做。
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