功能簡(jiǎn)介

ProCAST是為評(píng)價(jià)和優(yōu)化鑄造產(chǎn)品與鑄造工藝而開(kāi)發(fā)的專業(yè)CAE系統(tǒng)，借助于ProCAST系統(tǒng)，鑄造工程師在完成鑄造工藝編制之前，就能夠?qū)﹁T件在形成過(guò)程中的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行仿真分析并預(yù)測(cè)鑄件的質(zhì)量、優(yōu)化鑄造設(shè)備參數(shù)和工藝方案。

ProCAST可以模擬金屬鑄造過(guò)程中的流動(dòng)過(guò)程，準(zhǔn)確顯示冷隔、裹氣和氧化夾雜的位置。凝固過(guò)程中凝固收縮、微觀組織的形成、轉(zhuǎn)變及殘余應(yīng)力與變形，熱裂紋、冷裂紋，可準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)縮孔、縮松和鑄造過(guò)程中微觀組織的變化。

PROCAST作為熱物理綜合解決領(lǐng)域的旗艦產(chǎn)品，ProCAST是所有鑄造模擬軟件中現(xiàn)代CAD/CAE集成化程度高的。因?yàn)橛邢拊惴ǖ脑?，是目前能?duì)鑄造凝固過(guò)程進(jìn)行熱－流動(dòng)－應(yīng)力完全耦合的鑄造模擬軟件。

適用范圍
模塊化設(shè)計(jì)適合任何鑄造過(guò)程的模擬。

高壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造

重力砂模鑄造，金屬型鑄造

傾轉(zhuǎn)澆注

熔模精密鑄造，

半固態(tài)鑄造

消失模鑄造

離心鑄造

連續(xù)鑄造等

材料數(shù)據(jù)庫(kù)

ProCAST可以用來(lái)模擬任何合金，從鋼和鐵到鋁基、鈷基、銅基、鎂基、鎳基、鈦基和鋅基合金，以及非傳統(tǒng)合金和聚合體。

PROCAST旗下的熱物理仿真研究開(kāi)發(fā)隊(duì)伍匯集了全球的五十多位冶金、鑄造、物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算力學(xué)、流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的專家，專業(yè)從事ProCAST和相關(guān)熱物理模擬產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。得益于長(zhǎng)期的聯(lián)合研究和工業(yè)驗(yàn)證，使得通過(guò)工業(yè)驗(yàn)證的材料數(shù)據(jù)庫(kù)不斷地?cái)U(kuò)充和更新，同時(shí)，用戶本身也可以自行更新和擴(kuò)展材料數(shù)據(jù)。

除了基本的材料數(shù)據(jù)庫(kù)外，ProCAST還擁有鋁基、鐵基、鈦基、鎂基、鈷基、鎳基和銅基合金系統(tǒng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)獨(dú)特的數(shù)據(jù)庫(kù)使得用戶可以直接輸入化學(xué)成分，從而自動(dòng)產(chǎn)生諸如液相線溫度、固相線溫度、潛熱、比熱和固相率的變化等熱力學(xué)參數(shù)。

ProCAST提供了能夠預(yù)測(cè)評(píng)估整個(gè)鑄造過(guò)程的完整軟件解決方案，包括模型充填、凝固、微觀組織和應(yīng)力的模擬。能夠快速可視化鑄造過(guò)程，在制造過(guò)程的前期做出正確的決策。

ProCAST軟件的特點(diǎn)

ProCAST采用基于有限元法(FEM)的數(shù)值計(jì)算方法與有限差分(FDM)相比，有限元法具有較大的靈活性，特別適用于模擬復(fù)雜鑄件成形過(guò)程中的各種物理現(xiàn)象。有限元法的優(yōu)點(diǎn)可以歸納如下：

①完美的幾何描述能力。FEM可以準(zhǔn)確描述曲面，而FDM只能以階梯形簡(jiǎn)化描述曲面。

②建模過(guò)程中如需局部網(wǎng)格細(xì)化，有限元網(wǎng)格無(wú)須像有限差分法那樣把細(xì)化影響到整修模型，這樣使FEM的單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)明顯少于FDM。

③以彈性、彈塑性、彈粘塑性模型進(jìn)行應(yīng)力和熱的耦合分析時(shí)，只能采用有限元法。有限差分法由于網(wǎng)格不能變形而不能進(jìn)行應(yīng)力分析。

④在處理和充型方向相平行的曲面時(shí)，由于有限元法能夠準(zhǔn)確描述曲面邊界，因而能準(zhǔn)確模擬鑄件充型的流場(chǎng)；而有限差分法在描述鑄件曲面邊界時(shí)，由于斷面成鋸齒狀而造成較大的偏差。

⑤在準(zhǔn)確處理輻射傳熱問(wèn)題時(shí)，視角系數(shù)和陰影效果的計(jì)算，要求準(zhǔn)確地描述外表面及相應(yīng)方位。因此，F(xiàn)DM無(wú)法處理復(fù)雜的輻射問(wèn)題。

模塊介紹

ProCAST是完整的模塊軟件解決方案提供眾多的模塊和工程工具來(lái)滿足鑄造業(yè)復(fù)雜的要求。

ProCAST共有九個(gè)模塊，下面分別闡述相應(yīng)的功能。

1、流體求解器

ProCAST提供了一個(gè)非常突出的流體流動(dòng)功能來(lái)模擬充填，求解全三維N-S方程并耦合能量方程。自由表面正面跟蹤方法利用體積流體方法（VOF）。可以在整個(gè)凝固過(guò)程模擬自然對(duì)流和收縮導(dǎo)致的流動(dòng)。

主要特點(diǎn)

沖砂 紊流 澆不足 冷隔 裹氣 夾渣 溢流口位置 流動(dòng)距離

求解器全三維N-S流體流動(dòng)方程

傾轉(zhuǎn)澆注：可任意設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸、傾轉(zhuǎn)速度

半固體材料的非牛頓流體流動(dòng)模型

任意形式或方向(直孔)的過(guò)濾網(wǎng)

湍流模擬

可壓流體模型

消失模模型

金屬液的速度、壓力、粒子跟蹤、矢量方向等

2、熱求解器

熱求解器通過(guò)考慮傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射計(jì)算傳熱。通過(guò)焓的形式來(lái)描述凝固和固相轉(zhuǎn)變中的潛熱。

主要特點(diǎn)

熱節(jié) 縮孔 宏觀、微觀縮松 模具冷卻、加熱參數(shù)優(yōu)化 澆口、冒口設(shè)計(jì)

瞬態(tài)，非線性三維熱傳導(dǎo)

熱、對(duì)流和輻射

利用焓的形式考慮相變

耦合應(yīng)力計(jì)算，自動(dòng)調(diào)整鑄件與模型間氣隙引起的熱阻變化

虛擬模型(砂型、金屬型等)，減少計(jì)算量

3、應(yīng)力求解器

本模塊可以進(jìn)行完整的熱、流場(chǎng)和應(yīng)力的耦合計(jì)算。應(yīng)力分析模塊用以模擬計(jì)算領(lǐng)域中的熱應(yīng)力分布，包括鑄件鑄型型芯和冷鐵等。采用應(yīng)力分析模塊可以分析出殘余應(yīng)力、塑性變形、熱裂、冷裂紋、鑄型疲勞預(yù)測(cè)和鑄件終形狀等。

主要特點(diǎn)

熱、機(jī)械接觸應(yīng)力 熱裂紋、冷裂紋 扭曲變形 模具疲勞 鑄件應(yīng)力集中及模具殘余應(yīng)力

非線性應(yīng)力分析

自動(dòng)接觸分配和評(píng)估（熱和力）

應(yīng)力-溫度-流動(dòng)全耦合計(jì)算

可以考慮氣隙對(duì)換熱的影響

開(kāi)模和去除澆冒口時(shí)的變形、回彈及應(yīng)力變化

4、輻射

輻射模塊擴(kuò)展了熱求解器輻射的功能包括角系數(shù)的影響。這個(gè)模塊對(duì)熔模鑄造過(guò)程是必需的，從shell的一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域的自輻射影響是非常顯著的。

主要特點(diǎn)

包括自輻射影響的準(zhǔn)確熱分析結(jié)果

針對(duì)模型或爐體相對(duì)有運(yùn)動(dòng)的工藝，自動(dòng)更新輻射角系數(shù)(單晶葉片生產(chǎn)工藝)

包括殼型預(yù)熱的整個(gè)過(guò)程模擬

快速角系數(shù)計(jì)算算法

在網(wǎng)格工具中生成不同厚度的模殼

5、反向模擬

ProCAST的反向模擬，根據(jù)實(shí)測(cè)模型或鑄件上某點(diǎn)的溫度曲線，通過(guò)反射求解確定材料屬性或邊界條件，提高后續(xù)計(jì)算的準(zhǔn)確度。

主要特點(diǎn)

確定時(shí)間和溫度相關(guān)的界面系數(shù)

確定時(shí)間和溫度相關(guān)的邊界條件

確定時(shí)間和溫度相關(guān)的材料屬性

6、微觀疏松（APM模塊）

大多數(shù)模擬方案限定孔隙的預(yù)測(cè)為基于金屬液體演變的宏觀孔隙。這種簡(jiǎn)化方法沒(méi)有考慮氣體溶解和局部收縮起點(diǎn)的微觀孔隙度。ProCAST提供了基于微觀孔隙度模擬的方法解決這種物理問(wèn)題。

主要特點(diǎn)

微觀孔隙度預(yù)測(cè)與宏觀孔隙和管縮耦合

糊狀區(qū)的壓降

氣體分離

氣體溶解度作為溫度和金屬單元的函數(shù)

氣孔的位置及程度

7、微觀組織

ProCAST微觀組織模塊進(jìn)行鑄造過(guò)程中任意位置熱歷程連同成核和微觀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)耦合模擬。運(yùn)用這些模型能夠定性和定量地計(jì)算固相轉(zhuǎn)變、各相如奧氏體、鐵素體、滲碳體和珠光體的成分、多少以及相應(yīng)的潛熱釋放。

主要特點(diǎn)

可用的確定性模型：

等軸枝晶(DAS)

耦合共晶

球墨鑄鐵共晶

灰口/白口鐵共晶

球墨鑄鐵共析

灰口鐵共析

包晶轉(zhuǎn)變

鐵/碳固態(tài)轉(zhuǎn)變

8、晶粒結(jié)構(gòu)模擬

晶粒結(jié)構(gòu)模塊基于隨機(jī)方法（細(xì)胞自動(dòng)機(jī)（cellular automation））和有限元（CAFé模型）的耦合，能夠預(yù)測(cè)晶粒結(jié)構(gòu)的凝固。

主要特點(diǎn)

預(yù)測(cè)柱狀和等軸枝晶粒結(jié)構(gòu)

對(duì)單晶部件預(yù)測(cè)雜散晶體

晶體結(jié)構(gòu)的演變

立體信息

顆粒結(jié)構(gòu)直接可視化

9、OPT 優(yōu)化模塊

可以用來(lái)計(jì)算出佳設(shè)計(jì)參數(shù)。（計(jì)算得到好生產(chǎn)效果的邊界條件）

可以制定邊界條件（澆注速度、澆注溫度、模具初始邊界條件）的范圍，軟件自動(dòng)優(yōu)化出優(yōu)的搭配結(jié)果。

VE新一代ProCAST前后處理平臺(tái)

如今ProCAST與Visual-Environment(VE可視化環(huán)境)界面結(jié)合，VE 包括：

網(wǎng)格劃分

前處理設(shè)置

后處理結(jié)果分析

1.網(wǎng)格劃分與工具 Visual-Mesh

Visual-mesh，ProCAST新一代的CAD界面和網(wǎng)格生成器，流程化的幾何網(wǎng)格出來(lái)界面，使得網(wǎng)格生成更快速、簡(jiǎn)單。

主要特點(diǎn)

自動(dòng)生成三維網(wǎng)格（四面體、六面體及四面體六面體混合網(wǎng)格）

CAD幾何可通過(guò)AutoCAD、UG，CATIA，PROE數(shù)據(jù)專用接口導(dǎo)入

通用的格式如PARASOLID、STEP, IGES、STL格式支持

直接導(dǎo)入其它通用軟件生成的有限元網(wǎng)格(Ansys、Hyperworks、Patrant、ANSA等)

處理復(fù)雜幾何模型和多種材料

對(duì)邊和表面可變的網(wǎng)格密度

自動(dòng)快速的網(wǎng)格生成

良好的網(wǎng)格質(zhì)量和質(zhì)量檢查

確保流體流動(dòng)分析的網(wǎng)格

熔模鑄造的自動(dòng)生成殼體

網(wǎng)格布爾運(yùn)算和網(wǎng)格裝配

2、Visual-Cast前處理器

可以通過(guò)ProCAST圖形用戶界面來(lái)定義各種邊界條件。這些豐富的功能能夠準(zhǔn)確模擬所有鑄造情況。所選需要施加邊界條件的幾何區(qū)域可以通過(guò)點(diǎn)擊和自動(dòng)選擇延伸執(zhí)行。用戶定義的數(shù)據(jù)可以是不變的，也可以隨時(shí)間或溫度變化。