Modigell等[21，22]从模拟和试验两方面研究简单T形模具的充型行为。为了进一步分析半固态合金的触变效应，在流动特性的流变模型Herschel-Bulkley定律基础上，引入一个结构参数对该模型进行进一步拓展（见表3-1中最后一个方程）。使用商业软件CFD-Code Flow3D进行数值模拟，用块结构网格将模具在三维方向划分为100000个单元。一般来说，如果物理模拟正确，数值模拟可以推测任意的流动方式，但仍需试验数据来证实模拟结果，由此设计了可以观察浆料流动前沿的T形模具充型试验。与通常的工步试验相比较，该试验的优点：可连续观察且忽略惯性的影响，还可以同时检测模具内压力；其缺点是只适用于较低温度的半固态金属材料。

试验装置如图3-10所示（左图为模具放大图），与工业铸造中典型的流动条件相类似，T形模使流体方向突然转过90°，横截面积也突然增大，因为槽中半固态浆料横截面积比入口处（竖直槽）大很多。竖直槽宽20mm、高110mm、深10mm；水平槽宽160mm、高30mm、深10mm。

图3-10 半固态浆料在T形模具中流动分析装置

将直径为72mm、高200mm的半固态坯料放入加热炉中加热，当达到要求的半固态温度后，取出坯料，用活塞把它压入T形模具中，活塞的速度可根据不同的充型情况进行调节，为了使模具和半固态材料处于等温环境中，需将模具放入恒温炉中。在前端，模具用玻璃盘覆盖，以便于高速摄影机监测流动前沿，受玻璃所能承受温度的限制，所研究的材料是锡铅合金（w（Pb）=15%），其凝固温度在183～212℃之间。

图3-11给出了在恒温（温度为194℃）条件下的试验结果（见图3-11a）和模拟结果（见图3-11b），流体粘度符合与时间无关的简单Her-schel-Bulkley定律，活塞速度为50mm/s，固相体积分数为51%。

研究发现，不能使用无触变效应的Herschel-Bulkley定律来解释，它不能提供与试验结果在合理误差范围内的可靠模拟。试验中显示，当合金进入水平槽后相当多的浆料沿模壁向两侧分开，数值模拟得到的却是模具的平稳充型。若根据模拟结果，似乎可以通过将工艺条件和几何形状相结合来制造无气孔的零件，事实上并不能。

通过对Herschel-Bulkley定律进行改进，引入与时间有关的结构参数κ（见表3-1），则可以模拟预测到试验所观察到的浆料以适当方式与模具分离的情形，浆料分离程度受到的影响与方程（3-21）中的速度常数c所代表的结构变化速度相关，因此c越高则内部解聚越快。图3-12表示在恒温条件下，速度常数c对半固态浆料沿模壁分离的影响。颜色深浅表示结构参数κ从0～1的变化，如果解聚进行太慢（c=0.1s^-1），则没有分离（左下部分）；如果解聚进行太快（c=100s^-1），分离得太开（右下部分）；调整目标参数，当速度常数c=10s^-1时，模拟结果和试验结果相符（右上部分）。

图3-11 恒温条件下半固态浆料在T形模中流动试验结果和模拟结果比较

a）流动试验结果 b）模拟结果

图3-12 恒温条件下速度常数c对浆料T形模充型行为的影响(www.daowen.com)

Koke^[22，23]对不同的工艺条件做了许多同样的模拟，绘制了表示三种T形模具充型方式的“相”图。图3-13所示的三种充型方式是以粘度控制、惯性控制及惯性流动为主。

图3-13不同几何形状和过程条件对T形模具浆料充型流动形式的影响

图中使用的无量纲数和常数由方程式（3-10）以及方程式（3-23）至方程式（3-25）给出，直线定义了不同充型方式的边界。

其中 v——入口速度；

c——速度常数；

D_h——竖直槽直径；

L——竖直槽长度；

B——水平槽高度。