鋁合金鑄件在凝固過程中，高溫液態(tài)金屬所含有的熱量通過各種途徑向鑄型和周圍環(huán)境傳遞，逐步冷卻并進行凝固。鑄件凝固過程數(shù)值模擬的任務(wù)是建立鑄件凝固過程匯總傳熱的數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)值方法進行求解，從而鑄件凝固過程的規(guī)律，預(yù)測鑄件缺陷(縮孔、縮松)產(chǎn)生的可能性及位置。

凝固過程中傳熱的基本方式通常是熱傳導(dǎo)、對流及輻射三種方式綜合進行。這三種傳熱方式的處理通常分別采用傅立葉(Fourier)定律，牛頓冷卻定律和黑體輻射法。對于鑄件凝固過程的數(shù)值技術(shù)一般有三種方法：有限差分法(FDM)，有限元法(FEM)和邊界元法(BEM)。有限差分法是早的用于凝固模擬的，它是通過把鑄件和模具離散化為很小的均等的單元來實現(xiàn)的；使用有限元法通過離散化產(chǎn)生不同類型的網(wǎng)格單元，在凝固過程中勁度矩陣被發(fā)展用來預(yù)測固液相接觸而的移動速度、溫度分布和在合成物鑄件情形下的質(zhì)點分布情況等；邊界元素法被工程技術(shù)人員和家認(rèn)為是的技術(shù)，運用于獲得的結(jié)果輸出。對于鋁合金鑄件凝固過程缺陷的預(yù)測和判斷所采用的方法，基本上都是基于比較成熟的鑄鋼件和鑄鐵件等縮松縮孔的預(yù)測判據(jù)法。從初的定性溫度場熱節(jié)法，發(fā)展到E.Niyama提出的G/R法，以及到后而的疏導(dǎo)法、固相率梯度法等定量預(yù)測方法。

1997年，清華大學(xué)的對低壓鑄造鋁合金輪毅的凝固過程進行了模擬。通過建立導(dǎo)熱和傳熱方程和相關(guān)邊界傳熱系數(shù)的設(shè)定，充分考慮了復(fù)雜的邊界傳熱現(xiàn)象，合理地考慮了凝固過程中的氣隙，終獲得了循環(huán)模擬的凝固冷卻曲線，并與實際生產(chǎn)結(jié)果進行比較驗證，獲得了吻合的結(jié)果。2000年，采用有限元數(shù)值模擬的方法對鋁合金活塞凝固過程進行了數(shù)值模擬。對數(shù)學(xué)模型的非線性偏微分方程利用有限元分析法，將所求解的系統(tǒng)剖分為有限個單元，通過單元節(jié)點溫度再插值求出整體溫度分布，終將非線性偏微分方程化為非線性代數(shù)方程組，然后用增量法或mN-R法求解。通過對數(shù)值模擬結(jié)果分析，為活塞鑄造實現(xiàn)化控制、提高活塞鑄件質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。2004年A.Venkatesan和V.M.Gopinath等人采用有限元法(FEM)了一種對鑄件凝固過程進行數(shù)值模擬的數(shù)值模型。通過熱燴方法和一致性節(jié)點技術(shù)分別對潛熱和氣隙進行合并，通過溫度來處理非線性瞬時熱傳導(dǎo)，對模具、鑄件的有限(FM)網(wǎng)格單元進行離散化，采用C++語言編寫程序和高斯排除法解答矩陣。通過該程序獲得在不同時間間隔時的溫度分布，從而計算出凝固速率、溫度梯度和dT/dt。在對Al-6wt%Si合金分別在砂型和金屬型模具中進行凝固模擬時，獲得相應(yīng)的冷卻曲線。2005年，張宏偉、徐建輝在對大型鋁合金鑄件進行凝固模擬時，應(yīng)用有限差分法進行模擬計算，并用等溫曲線法預(yù)測可能產(chǎn)生的收縮性缺陷。通過建立兩種不同澆冒口工藝設(shè)計方案對ZL104鋁合金鑄件進行凝固模擬，并與實際澆注結(jié)果進行比較，獲得與生產(chǎn)實際較吻合的結(jié)果，節(jié)約了試制時間和成本[26]02007年，蘭州理工大學(xué)建立了鋁合金壓鑄件的有限元模型，確定了溫度場模擬的初始條件和邊界條件，結(jié)合材料的熱物性，利用ANSYS軟件對A380.0鋁合金壓鑄件凝固過程中的溫度場進行了模擬，了鑄件各點溫度隨時間變化的規(guī)律，模擬結(jié)果和實測溫度值基本吻合。同年，江蘇大學(xué)對某鋁合金輪毅新產(chǎn)品的多種工藝方案進行了模擬分析。采用的傳熱學(xué)數(shù)學(xué)方程主要是傳質(zhì)連續(xù)方程，采用的Navier-Stokes公式以及瞬變非線性的能量方程。通過凝固模擬結(jié)果顯示，對在輪毅與輪輻的肋部交界部位易出現(xiàn)“孤立熔池”現(xiàn)象進行了分析，并設(shè)計了相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)和工藝參數(shù)，實現(xiàn)了順序凝固，并了“孤立熔池”現(xiàn)象。沈陽工業(yè)學(xué)院在對鋁合金鑄件凝固過程數(shù)值模擬時，采用了熱傳導(dǎo)模型，利用伽遼金加權(quán)余量法建立有限元格式.凝固潛熱的處理采用假想熱流法(FictitiousHeatFlowMethod)，然后使用I-DEAS中相應(yīng)模塊對程序進行處理，終了鑄件凝固過程中溫度分布，并用多種判據(jù)對該條件下鑄件是否會出現(xiàn)縮松(孔)缺陷進行了預(yù)測。