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procast

ProCAST 软件是由美国 USE 公司开发的铸造过程的模拟软件采用基于有限元(FEM)的数值计算和综合求解的方法,对铸件充型、凝固和冷却过程等提供模拟,提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析,它能够预测严重畸变和残余应力,并能用于半固态成形,吹芯工艺,离心铸造,消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。

ProCAST适用于砂型铸造消失模铸造、高压铸造、低压铸造、重力铸造、倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造、触变铸造、触变成形、流变铸造。由于采用了标准化、通用的用户界面,任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCAST进行分析和优化。它可以用来研究设计结果,例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置,冒口的位置和大小等。实践证明,ProCAST可以准确地模拟型腔的浇注过程,精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。

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。

ProCAST可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题,为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程,使他们有机会看到型腔内所发生的一切,从而产生新的设计方案。其结果也可以在网络浏览器中显示,这样对比较复杂的铸造过程能够通过网际网络进行讨论和研究。

ProCAST是针对铸造过程进行流动一传热一应力耦合作出分析的系统。它主要由8个模块组成:有限元网格划分MeshCAST基本模块、传热分析及前后处理(Base License)、流动分析(Fluid flow)、应力分析(Stress)、热辐射分析(Radiation)、显微组织分析(Micromodel)、电磁感应分析(Electromagnetics)、反向求解(Inverse),这些模块既可以一起使用,也可以根据用户需要有选择地使用。对于普通用户,ProCAST应有基本模块、流动分析模块、应力分析模块和网格划分模块。

ProCAST采用基于有限元法(FEM)的数值计算方法与有限差分(FDM)相比,有限元法具有较大的灵活性,特别适用于模拟复杂铸件成形过程中的各种物理现象。有限元法的优点可以归纳如下:

①好的几何描述能力。FEM可以精确描述曲面,而FDM只能以阶梯形简化描述曲面。

②建模过程中如需局部网格细化,有限元网格无须像有限差分法那样把细化影响到整修模型,这样使FEM的单元和节点数明显少于FDM。

③以弹性、弹塑性、弹粘塑性模型进行应力和热的耦合分析时,只能采用有限元法。有限差分法由于网格不能变形而不能进行应力分析。

④在处理和充型方向相平行的曲面时,由于有限元法能够精确描述曲面边界,因而能准确模拟铸件充型的流场;而有限差分法在描述铸件曲面边界时,由于断面成锯齿状而造成较大的偏差。

⑤在精确处理辐射传热问题时,视角系数和阴影效果的计算,要求准确地描述外表面及相应方位。因此,FDM无法处理复杂的辐射问题。

ProCAST作为针对铸造过程进行流动一传热一应力耦合求解的软件包,能够模拟铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象。在铸造过程分析方面,ProCAST提供了能够考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响;能够模拟出气化模铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程,并能对注塑、压制腊模、压制粉末等的充型过程进行模拟。

在传热分析方面,ProCAST能够对热传导、对流和辐射等3种传热方式进行求解,尤其是引入最新"灰体净辐射法"模型,使ProCAST擅长于解决精铸及单晶铸造问题。

在应力分析方面,通过采用弹塑性和粘塑性及独有的处理铸件/铸型热和机械接触界面的方法,使其具有分析铸件应力、变形的能力。

在电磁分析方面,ProCAST可以分析铸造过程所涉及的感应加热和电磁搅拌等。

以上的分析可以获得铸造过程中的各种现象、铸造缺陷形成及分布铸件最终质量的模拟和预测。

ProCAST以模拟铸造过程的基本功能划分模块,而不以铸造方法进行模块划分。各模块根据可靠数据不仅能模拟铸造过程,还能够模拟出热处理和焊接等方面的问题。这极大地方便了用户,使用户可以灵活地应用软件解决多种工艺问题。

ProCAST的前后处理完全基于OSF/Motif的ProCAST的用户界面。通过提供交互菜单数据库和多种对话框完成用户信息的输入。ProCAST具有全面的在线帮助,具有良好的用户界面。ProCAST通过提供与通用机械CAD系统的接口,直接获取铸件实体模型的IGES文件或通用CAE系统的有限元网格文件。

ProCAST还可以将模拟结果直接输出到CAD系统接口,尤其可以通过I-DEAS直接读取ProCAST结果文件。这使得ProCAST极易与具有设计加工功能的CAD/CAM/CAE系统相集成,实现数据共享,大幅度提高铸造生产率。ProCAST可运行于WindowsNT,Windows2000,WindowsXP,Linux和UNIX平台,对硬件没有特殊要求。同时,ProCAST也可运行于矢量计算机上和进行并行处理。ProCAST采用TK/TCL跨平台语言,所有平台的升级均同时进行,无须任何第三方软件支持。

1)创建模型可以分别用IDEAS,UG,PATRAN,ANSYS作为前处理软件创建模型,输出ProCAST可接受的模型或网格格式的文件。

2)MeshCAST对输入的模型或网格文件进行剖分,最终产生四面体网格,生成XX.mesh文件,文件中包含节点数量、单元数量、材料数量等信息。

3)PreCAST分配材料、设定界面条件、边界条件、初始条件、模拟参数,生成xxd.dat文件和xxp.dat文件。4)DataCAST检查模型及PreCAST中对模型的定义是否有错误,若有错误则输出错误信息,若无错误则将所有模型的信息转化为二进制,生成xx.unf文件。

6)ProCAST对铸造过程模拟分析计算,生成XX.unf文件。

5)ViewCAST显示铸造过程模拟分析结果。(Z)PostCAST对铸造过程模拟分析结果进行后处理。

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