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ProCAST由法國(guó)ESI公司開(kāi)發(fā)的綜合的鑄造過(guò)程軟件解決方案，有20多年的歷史，提供了很多模塊和工程工具來(lái)滿(mǎn)足鑄造工業(yè)最富挑戰(zhàn)的需求?；趶?qiáng)大的有限元分析，它能夠預(yù)測(cè)嚴(yán)重畸變和殘余應(yīng)力，并能用于半固態(tài)成形，吹芯工藝，離心鑄造，消失模鑄造、連續(xù)鑄造等特殊工藝。

適用范圍

(資料圖片僅供參考)

ProCAST適用于砂型鑄造、消失模鑄造、高壓鑄造、低壓鑄造、重力鑄造、傾斜澆鑄、熔模鑄造、殼型鑄造、擠壓鑄造、觸變鑄造、觸變成形、流變鑄造。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化、通用的用戶(hù)界面，任何一種鑄造過(guò)程都可以用同一軟件包ProCAST進(jìn)行分析和優(yōu)化。它可以用來(lái)研究設(shè)計(jì)結(jié)果，例如澆注系統(tǒng)、通氣孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。

實(shí)踐證明，ProCAST可以準(zhǔn)確地模擬型腔的澆注過(guò)程，精確地描述凝固過(guò)程。可以精確地計(jì)算冷卻或加熱通道的位置以及加熱冒口的使用。

主要功能模塊

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。

ESI旗下的熱物理仿真研究開(kāi)發(fā)隊(duì)伍匯集了全球頂尖的五十多位冶金、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(zhuān)家，專(zhuān)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(hù)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還擁有基本合金系統(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(hù)可以直接輸入化學(xué)成分，從而自動(dòng)產(chǎn)生諸如液相線(xiàn)溫度、固相線(xiàn)溫度、潛熱、比熱和固相率的變化等熱力學(xué)參數(shù)。

模擬分析

ProCAST可以分析縮孔、裂紋、裹氣、沖砂、冷隔、澆不足、應(yīng)力、變形、模具壽命、工藝開(kāi)發(fā)及可重復(fù)性。ProCAST幾乎可以模擬分析任何鑄造生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，為鑄造工程師提供新的途徑來(lái)研究鑄造過(guò)程，使他們有機(jī)會(huì)看到型腔內(nèi)所發(fā)生的一切，從而產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)方案。其結(jié)果也可以在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中顯示，這樣對(duì)比較復(fù)雜的鑄造過(guò)程能夠通過(guò)網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行討論和研究。

分析模塊

ProCAST是針對(duì)鑄造過(guò)程進(jìn)行流動(dòng)一傳熱一應(yīng)力耦合作出分析的系統(tǒng)。它主要由8個(gè)模塊組成：有限元網(wǎng)格劃分MeshCAST基本模塊、傳熱分析及前后處理(Base License)、流動(dòng)分析(Fluid flow)、應(yīng)力分析(Stress)、熱輻射分析(Radiation)、顯微組織分析(Micromodel)、電磁感應(yīng)分析(Electromagnetics)、反向求解(Inverse)，這些模塊既可以一起使用，也可以根據(jù)用戶(hù)需要有選擇地使用。對(duì)于普通用戶(hù)，ProCAST應(yīng)有基本模塊、流動(dòng)分析模塊、應(yīng)力分析模塊和網(wǎng)格劃分模塊。

1)傳熱分析模塊

鑄件頂出后型腔和鋁鑄件的溫度分布

鑄件頂出后型腔和鋁鑄件的溫度分布

本模塊進(jìn)行傳熱計(jì)算，并包括ProCAST的所有前后處理功能。傳熱包括傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。使用熱焓方程計(jì)算液固相變過(guò)程中的潛熱。

ProCAST的前處理用于設(shè)定各種初始和邊界條件，可以準(zhǔn)確設(shè)定所有已知的鑄造工藝的邊界和初始條件。鑄造的物理過(guò)程就是通過(guò)這些初始條件和邊界條件為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所認(rèn)知的。邊界條件可以是常數(shù)，也可以是時(shí)間或溫度的函數(shù)。

ProCAST配備了功能強(qiáng)大而靈活的后處理，與其他模擬軟件一樣，它可以顯示溫度、壓力和速度場(chǎng)，又可以將這些信息與應(yīng)力和變形同時(shí)顯示。

不僅如此，ProCAST還可以使用x射線(xiàn)確定縮孔的存在和位置，采用縮孔判據(jù)或Niyama判據(jù)也可以進(jìn)行縮孔和縮松的評(píng)估。ProCAST還能顯示紊流、熱輻射通量、固相分?jǐn)?shù)、補(bǔ)縮長(zhǎng)度、凝固速度、冷卻速度，溫度梯度等。

2)流體分析模塊

流體分析模塊可以模擬包括充型在內(nèi)的所有液體和固體流動(dòng)的效應(yīng)。ProCAST通過(guò)完全的Navier—Stocks流動(dòng)方程對(duì)流體流動(dòng)和傳熱進(jìn)行耦合計(jì)算。

本模塊中還包括非牛頓流體的分析計(jì)算。此外，流動(dòng)分析可以模擬紊流、觸變行為及多孔介質(zhì)流動(dòng)(如過(guò)濾網(wǎng))，也可以模擬注塑過(guò)程。流動(dòng)分析模塊包括以下求解模型：Navier—Stokes流動(dòng)方程，自由表面的非穩(wěn)態(tài)充型，氣體模型(用以分析充型中的囊氣、壓鑄和金屬型主宰的排氣塞、砂型透氣性對(duì)充型過(guò)程的影響以及模擬低壓鑄造過(guò)程的充型)，濾模型(分析過(guò)濾網(wǎng)的熱物性和透過(guò)率對(duì)充型的影響，以及金屬在過(guò)濾網(wǎng)中的壓頭損失和能量損失，粒子軌跡模型跟蹤夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡及最終位置)，牛頓流體模型(以Carreau．Yasuda冪律模型來(lái)模擬塑料、蠟料、粉末等的充型過(guò)程)，紊流模型(用以模擬高壓壓力鑄造條件下的高速流動(dòng))，消失模模型(分析泡沫材料的性質(zhì)和燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體、金屬液前沿的熱量損失、背壓和鑄型的透氣性對(duì)消失模鑄造充型過(guò)程的影響規(guī)律)，傾斜澆注模型(用以模擬離心鑄造和傾斜澆注時(shí)金屬的充型過(guò)程)。從以上列出的流動(dòng)分析模型可知，在模擬金屬充型方面ProCAST提供了強(qiáng)大的功能。

3)應(yīng)力分析模塊

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、熱裂和鑄件最終形狀等。應(yīng)力分析模塊包括的求解模型有6種：線(xiàn)性應(yīng)力，塑性、粘塑性模型，鑄件、鑄型界面的機(jī)械接觸模型，鑄件疲勞預(yù)測(cè)，殘余應(yīng)力分析，最終鑄件形狀預(yù)測(cè)。

4)輻射分析模塊

本模塊大大加強(qiáng)了基本模塊中關(guān)于輻射計(jì)算的功能。專(zhuān)門(mén)用于精確處理單晶鑄造、熔模鑄造過(guò)程熱輻射的計(jì)算。特別適用于高溫合金如鐵基或鎳基合金。此模塊被廣泛用于渦輪葉片的生產(chǎn)模擬。該模塊采用最新的“灰體凈輻射法”計(jì)算熱輻射自動(dòng)計(jì)算視角因子、考慮陰影效應(yīng)等，并提供了能夠考慮單晶鑄造移動(dòng)邊界問(wèn)題的功能。此模塊還可以用來(lái)處理連續(xù)性鑄造的熱輻射，工件在熱處理爐中的加熱以及焊接等方面的問(wèn)題。

5)顯微組織分析模塊

顯微組織分析模塊將鑄件中任何位置的熱經(jīng)歷與晶體的形核和長(zhǎng)大相聯(lián)系，從而模擬出鑄件各部位的顯微組織。ProCAST中所包括的顯微組織模型有通用型模型，包括等軸晶模型、包晶和共晶轉(zhuǎn)變模型，將這幾種模型相結(jié)合就可以處理任何合金系統(tǒng)的顯微組織模擬問(wèn)題。

ProCAST使用最新的晶粒結(jié)構(gòu)分析預(yù)測(cè)模型進(jìn)行柱狀晶和軸狀晶的形核與成長(zhǎng)模擬。一旦液體中的過(guò)冷度達(dá)到一定程度，隨機(jī)模型就會(huì)確定新的晶粒的位置和晶粒的取向。該模塊可以用來(lái)確定工藝參數(shù)對(duì)晶粒形貌和柱狀晶到軸狀晶的轉(zhuǎn)變的影響。Fe—C合金專(zhuān)用模型：包括共晶/共析球墨鑄鐵、共晶/共析灰El/白口鑄鐵、Fe—C合金固態(tài)相變模型等。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。

6)電磁感應(yīng)分析模塊

電磁感應(yīng)分析模塊主要用來(lái)分析鑄造過(guò)程中涉及的感應(yīng)加熱和電磁攪拌等問(wèn)題，如半固態(tài)成形過(guò)程中的用電磁攪拌法制備半固態(tài)漿料及半固態(tài)觸變成形過(guò)程中用感應(yīng)加熱重熔半固態(tài)坯料。這些過(guò)程都可以用ProCAST對(duì)熱流動(dòng)電磁場(chǎng)進(jìn)行綜合計(jì)算和分析。

7)網(wǎng)格生成模塊

MeshCAST自動(dòng)產(chǎn)生有限元網(wǎng)格。這個(gè)模塊與商業(yè)化CAD軟件的連接是天衣無(wú)縫的。它可以讀入標(biāo)準(zhǔn)的CAD文件格式如IGES，Step，STL或者Parsolids。同時(shí)還可以讀諸如I-DEAS，Patran，Ansys，ARIES或ANVIL格式的表面或三維體網(wǎng)格，也可以直接和ESI的PAMSYS．TEM和GEOMESH無(wú)縫連接。MeshcastTM同時(shí)擁有獨(dú)一無(wú)二的其他性能，如初級(jí)CAD工具、高級(jí)修復(fù)工具、不一致網(wǎng)格的生成和殼型網(wǎng)格的生成等。

8)反向求解模塊

本模塊適用于科研或高級(jí)模擬計(jì)算之用。通過(guò)反算求解可以確定邊界條件和材料的熱物理性能，雖然ProCAST提供了一系列可靠的邊界條件和材料的熱物理性能，但有時(shí)模擬計(jì)算對(duì)這些數(shù)據(jù)有更高的精度要求，這時(shí)反算求解可以利用實(shí)際的測(cè)試溫度數(shù)據(jù)來(lái)確定邊界條件和材料的熱物理性能，以最大限度地提高模擬結(jié)果的可靠性。

在實(shí)際應(yīng)用技術(shù)中首先對(duì)鑄件或鑄型的一些關(guān)鍵部位進(jìn)行測(cè)溫，然后將測(cè)溫結(jié)果作為輸入量通過(guò)ProCAST反向求解模塊對(duì)材料的熱物理性能和邊界條件進(jìn)行逐步迭代，使技術(shù)的溫度/時(shí)間曲線(xiàn)和實(shí)測(cè)曲線(xiàn)吻合，從而獲得精確計(jì)算所需要的邊界條件和材料熱物理I生能數(shù)據(jù)。