ProCAST軟件的特點

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

①完美的幾何描述能力。FEM可以精確描述曲面，而FDM只能以階梯形簡化描述曲面。

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

③以彈性、彈塑性、彈粘塑性模型進行應(yīng)力和熱的耦合分析時，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行應(yīng)力分析。

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

⑤在精確處理輻射傳熱問題時，視角系數(shù)和陰影效果的計算，要求準確地描述外表面及相應(yīng)方位。因此，FDM無法處理復(fù)雜的輻射問題。

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滿足鑄造業(yè)最復(fù)雜的要求。

ProCAST共有九個模塊，下面分別闡述相應(yīng)的功能。

1、流體求解器

 ProCAST提供了一個非常突出的流體流動功能來模擬充填，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）?？梢栽谡麄€凝固過程模擬自然對流和收縮導(dǎo)致的流動。

主要特點

沖砂 紊流 澆不足 冷隔 裹氣 夾渣 溢流口位置 流動距離

求解器全三維N-S流體流動方程

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模型

任意形式或方向(直孔)的過濾網(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

熱求解器通過考慮傳導(dǎo)、對流和輻射計算傳熱。通過焓的形式來描述凝固和固相轉(zhuǎn)變中的潛熱。

主要特點

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

瞬態(tài)，非線性三維熱傳導(dǎo)

熱、對流和輻射

利用焓的形式考慮相變

耦合應(yīng)力計算，自動調(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)，減少計算量

3、應(yīng)力求解器

本模塊可以進行完整的熱、流場和應(yīng)力的耦合計算。應(yīng)力分析模塊用以模擬計算領(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)測和鑄件最終形狀等。

主要特點

熱、機械接觸應(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

自動接觸分配和評估（熱和力）

應(yīng)力-溫度-流動全耦合計算

可以考慮氣隙對換熱的影響

開模和去除澆冒口時的變形、回彈及應(yīng)力變化                       

4、輻射

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

主要特點

包括自輻射影響的準確熱分析結(jié)果

針對模型或爐體相對有運動的工藝，自動更新輻射角系數(shù)(單晶葉片生產(chǎn)工藝)

包括殼型預(yù)熱的整個過程模擬

快速角系數(shù)計算算法

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)實測模型或鑄件上某點的溫度曲線，通過反射求解確定材料屬性或邊界條件，提高后續(xù)計算的準確度。

主要特點

確定時間和溫度相關(guān)的界面系數(shù)

確定時間和溫度相關(guān)的邊界條件

確定時間和溫度相關(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)測為基于金屬液體演變的宏觀孔隙。這種簡化方法沒有考慮氣體溶解和局部收縮起點的微觀孔隙度。ProCAST提供了基于微觀孔隙度模擬的方法解決這種物理問題。

主要特點

微觀孔隙度預(yù)測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微觀組織模塊進行鑄造過程中任意位置熱歷程連同成核和微觀結(jié)構(gòu)生長耦合模擬。運用這些模型能夠定性和定量地計算固相轉(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

可用的確定性模型：

等軸枝晶(DAS) （equiaxed dendritic (DAS)）

耦合共晶（coupled eutectic）

球墨鑄鐵共晶(SGI)（ductile iron eutectic (SGI)）

灰口/白口鐵共晶（gray/white iron eutectic）

球墨鑄鐵共析（ductile iron eutectoid）

灰口鐵共析（gray iron eutectoid）

包晶轉(zhuǎn)變（peritectic transformation）

Scheil模型（scheil model）

鐵/碳固態(tài)轉(zhuǎn)變（iron/carbon solid state      transformation）

8、晶粒結(jié)構(gòu)模擬

晶粒結(jié)構(gòu)模塊基于隨機方法（細胞自動機（cellular automation））和有限元（CAFé模型）的耦合，能夠預(yù)測晶粒結(jié)構(gòu)的凝固。

主要特點

預(yù)測柱狀和等軸枝晶粒結(jié)構(gòu)

對單晶部件預(yù)測雜散晶體

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

可以用來計算出最佳設(shè)計參數(shù)。（計算得到最好生產(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，軟件自動優(yōu)化出最優(yōu)的搭配結(jié)果。

VE新一代ProCAST前后處理平臺

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

 Visual-Mesh網(wǎng)格劃分

 Visual-Cast  前處理設(shè)置

 Visual-Viewer 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)格出來界面，使得網(wǎng)格生成更快速、簡單。

 主要特點

自動生成三維網(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

對邊和表面可變的網(wǎng)格密度

自動快速的網(wǎng)格生成

良好的網(wǎng)格質(zhì)量和質(zhì)量檢查

確保流體流動分析的網(wǎng)格

熔模鑄造的自動生成殼體

網(wǎng)格布爾運算和網(wǎng)格裝配

2、Visual-Cast前處理器

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

3、Visual-Viewer專用后處理器

Visual Viewer后處理器是相當強大而多樣的。全新的圖形用戶界面，多窗口、頁面操作方式，支持腳本化操作。

能夠輕松直接交換信息和通信，結(jié)果還可以用變化的標準格式輸出到其他CAE解決方案(ansys Abqus VPS Sysweld DEFORM等)中，進行聯(lián)合仿真，如：殘余應(yīng)力、縮松縮孔的聯(lián)合強度分析等。

VisualCAST后處理器提供了下列演變的即時過程信息：

金屬前端發(fā)展（Metal front progression）

內(nèi)部氣泡（Air entrapments）

溫度場

壓力云圖

凝固數(shù)據(jù)（Solidification data）

速度矢量

應(yīng)力和變形

微結(jié)構(gòu)值

粒子軌跡顯示

VisualViewer提供很多功能來報告及顯示過程結(jié)果，包括：

云圖

矢量圖

截面及切平面

X-Y曲線圖

動畫，圖形及影片輸出

硬件平臺

ProCAST使用有限元網(wǎng)格，較少的網(wǎng)格數(shù)量即可完美表達模型信息，所以對硬件平臺需求較低，普通家用電腦便可進行一般的鑄造仿真。如用戶為達到較快的計算速度，可配置工作站或服務(wù)器使用DMP并行計算求解。

操作系統(tǒng)

WINDOWS 10  64位；LIUNX 或 UNIX.