ProCAST中文资料new.docx
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ProCAST中文资料new
ProCAST
——领先的铸造过程专业模拟软件
概述
世界领先的铸造过程模拟有限元解决方案
在整个制造业，铸造过程模拟现在已作为一个重要的产品设计和过程开发的工具，来提高产量和铸造质量。
ProCAST是业界领先的铸造过程模拟软件，基于强大有限元求解器和高级选项，提供高效和准确的求解来满足铸造业的需求。
与传统的尝试－出错－修改方法相比，ProCAST是减少制造成本，缩短模具开发交货时间和改善铸造过程质量的重要完美解决方案。
背景
铝部件的高压模铸造
ProCAST自1985年开始一直由位于美国马里兰州首府Annapolis的UESSoftware进行开发，并得到了美国政府和诸多研究机构的大力资助。
1990年后，位于瑞士洛桑的CalcomSA和瑞士联邦科技研究院也加入了ProCAST部分模块的开发工作，基于其强大的材料物理背景，Calcom在ProCAST的晶粒计算模块和反向模块开发上贡献良多。
2002年，ProCAST和CalcomSA先后加入ESI集团。
ESI也重新整合了其原有的热物理模拟队伍如PAM-CAST和SYSWELD，这样ProCAST（有限元铸造仿真），PAM-CAST（有限差分元铸造仿真）,Calcosoft（连续铸造仿真）和SYSWELD（热处理与焊接模拟）一起组成ESI完整的材料热处理成型综合解决方案。
功能
ProCAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统，借助于ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。
ProCAST可以模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示充填不足、冷隔、裹气和热节的位置以及残余应力与变形，准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。
作为ESI集团热物理综合解决方案的旗舰产品，ProCAST是所有铸造模拟软件中现代CAD/CAE集成化程度最高的。
是目前唯一能对铸造凝固过程进行热－流动－应力完全耦合的铸造模拟软件。
适用范围
模块化设计适合任何铸造过程的模拟。
∙高、低压铸造（highandlowpressurediecasting）
∙砂模铸造，金属型铸造和斜浇注（sandcasting,gravitydiecastingandtiltpouring）
∙熔模铸造，壳模铸造（investmentcasting,shellcasting）
∙消失模铸造和离心铸造（lostfoamandcentrifugalcasting）
∙等等
材料数据库
ProCAST可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。
ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。
得益于长期的联合研究和工业验证，使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新，同时，用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。
除了基本的材料数据库外，ProCAST还拥有基本合金系统的热力学数据库。
这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。
铜部件的低压模铸造船用发动机本体的沙模铸造
ProCAST提供了能够预测评估整个铸造过程的完整软件解决方案，包括模型填注，凝固，微观构造和热力的模拟。
能够快速可视化铸型设计的影响，使得制造过程的早期能够做出正确的决策。
特点和规格
ProCAST是完整的模块软件解决方案提供众多的模块和工程工具来满足铸造业最复杂的要求。
在过程的每个阶段选择每个特定模块：
•模填充的流体求解器包括半固体材料，消失模和离心铸造
•用于凝固和收缩预测的热求解器包括辐射选项
•应力求解器包括热应力和变形
而且，还可以选择一些专门和高级金属选项来预测：
•气体和微孔
•铁合金的微观构造
•颗粒结构形式
ProCAST共有九个模块，下面分别阐述相应的功能。
模块功能示意图
网格划分与工具
MeshCAST，ProCAST的CAD界面和网格生成器，将设计和工程阶段高效联系在一起。
能够快速准备创新的设计方案，同时保证快速和可靠的计算。
主要特点
∙自动生成三维网格
∙CAD/CAE几何通过STEP,IGES,或Parasolid格式导入
∙直接有限元网格导入
∙非常快速的网格生成
∙良好的网格质量和质量检查
∙处理复杂几何模型和多种材料
∙对边和表面可变的网格密度
∙确保流体流动分析的网格
∙熔模铸造的自动shell生成
模压铸造铝合金与模具的传热系数通过反向模拟确定
发动机体的有限元网格
反向模拟
ProCAST的反向模拟能够通过减小给定位置和时间上计算与测量温度的差异确定材料属性或边界条件
主要特点
∙确定时间和温度相关的界面系数
∙确定时间和温度相关的边界条件
∙确定时间和温度相关的材料属性
流体求解器
ProCAST提供了一个非常突出的流体流动功能来模拟填模，求解全三维N-S方程并耦合能量方程。
自由表面正面跟踪方法利用体积流体方法（VOF）。
可以在整个凝固过程模拟自然对流和收缩导致的流动。
主要特点
∙求解器全三维N-S流体流动方程
∙斜浇注的旋转轴
∙用于模拟夹气和通风的气体建模
∙半固体材料的非牛顿流体流动模型
∙过滤器模型
∙湍流模拟
∙可压流体模型
∙消失模模型
∙粒子跟踪
斜浇注应用熔模铸造
热求解器
热求解器通过考虑传导、对流和辐射能够计算传热。
通过焓的形式来描述凝固和固相转变中的潜热。
主要特点
∙瞬态，非线性三维热传导
∙热对流和辐射
∙利用焓的形式考虑相变
∙孔隙预测
∙拉模铸造和金属型铸造
∙砂模铸造的虚拟浇注
大型钢部件管件收缩预测大型钢部件铸造的热应力
应力求解器
ProCAST的先进应力求解器能够进行弹性－塑性或弹性－粘塑材料特性全耦合热、流体和应力模拟。
更简单的材料模型诸如弹性，vacant或刚体也能考虑。
主要特点
∙非线性应力分析
∙自动接触分配和评估（热和力）
∙气隙
∙无限的模型规模
∙温度相关的机械性能
辐射
辐射模块扩展了热求解器辐射的功能包括角系数的影响。
这个模块对熔模铸造过程是必需的，从shell的一个区域到另一个区域的自辐射影响是非常显著的。
主要特点
∙包括自辐射影响的准确热分析结果
∙对单晶铸造自动辐射角系数更新
∙包括壳型预热的整个过程模拟
∙快速角系数计算算法
∙在MeshCAST中生成壳有壳层选项
气体与微透气性能
大多数模拟方案限定孔隙的预测为基于夹杂液体金属演变的宏观孔隙。
这种简化方法没有考虑气体和局部收缩起点的显微孔隙度。
ProCAST提供了基于显微孔隙度模拟的方法解决这种物理问题。
主要特点
∙显微孔隙度预测与宏观孔隙和管缩耦合
∙马许区（MushyZone）的压降
∙气体分离
∙气体溶解度作为温度和金属单元的函数
∙成核和气孔的生长
铝高压铸造部件第三级活塞压力对氢气孔的影响。
受限活塞压缩（上）和高活塞压缩（下）显示了气孔的减少
显微构造
ProCAST显微模拟模块进行铸造过程中任意位置热历程连同成核和显微结构生长耦合模拟。
主要特点
可用的确定性模型：
∙等轴枝晶（DAS）（equiaxeddendritic（DAS））
∙耦合共晶（coupledeutectic）
∙球墨铸铁共晶（SGI）（ductileironeutectic（SGI））
∙灰口/白口铁共晶（gray/whiteironeutectic）
∙
铝铸造温度分布及钢模具中的应力分布
球墨铸铁共析（ductileironeutectoid）
∙灰口铁共析（grayironeutectoid）
∙包晶转变（peritectictransformation）
∙Scheil模型（scheilmodel）
∙铁/碳固态转变（iron/carbonsolidstatetransformation）
颗粒结构模拟
颗粒结构模块基于随机方法（细胞自动机（cellularautomation））和有限元（CAFÉ模型）的耦合，能够预测颗粒结构的凝固。
主要特点
∙预测柱状和等轴枝晶颗粒结构
∙柱状到等轴的转变
∙柱状结晶区颗粒选择
∙对单晶部件预测杂散晶体
∙晶体结构的演变
∙立体信息
∙颗粒结构直接可视化
燃气涡轮叶片定向结晶的颗粒结构和颗粒christallographicorientation结果显示在完美的控制条件下，通过铸造获得单晶。
球墨铸铁部件砂型铸造的珠光体分布
PreCAST前处理器
可以通过ProCAST图形用户界面来定义各种边界条件。
这些丰富的功能能够准确模拟所有铸造情况。
所选需要施加边界条件的几何区域可以通过点击和自动选择延伸执行。
用户定义的数据可以是不变的，也可以随时间或温度变化。
模型边界条件定义到开始计算工作流程是简化和直截了当的
材料数据库的版面和属性图示
后处理的ViewCAST
ProCAST后处理是相当强大而多样的。
后处理功能是菜单和图标驱动的提供了下列演变的即时过程信息：
∙金属前端发展（Metalfrontprogression）
∙内部气泡（Airentrapments）
∙温度场
∙压力云图
∙凝固数据（Solidificationdata）
∙速度矢量
∙应力和变形
∙微结构值
ProCAST提供很多功能来报告及显示过程结果，包括：
∙云图
∙矢量图
∙截面及切平面
∙X-Y曲线图
∙动画，图形及影片输出
能够轻松直接交换信息和通信，结果还可以用变化的标准格式输出到其他CAE解决方案中。
高压压力铸造应用的温度云图热循环模拟中的温度变化
低压铸造高压铸造
有限元网格模型金属前端发展
凝固模拟部件变形
金属围绕一个核的前端发展发动机缸体变形
高压铸造中金属和空气的可视化结果铝合金轮毂气隙预测
ProCAST已经过下列硬件平台的测试和验证
平台
处理器
操作系统
图形选项
PC
Intel32bits
WindowsNTWindows2000
WindowXP
3DcardOpenGL
HP
PA-RISC2.0
HP-UX11.11
3DcardX11OpenGL
SGI
MIPS4
IRIX646.5
3DcardX11OpenGL
SUN
UltraSparcII&III
SunOS5.7
3DcardX11OpenGL
IBM
Power3&4
AIX4.3.3
AIX5.1
3DcardX11OpenGL
COMPAQ
AlphaEV6
OSF1-5.1
3DcardX11OpenGL
Linux*
Intel/AMD32bits
Redhat7.3
3DcardXfree864.2OpenGL
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