ProCAST 2016 汉化版 附使用教程

ProCAST2016是由ESI公司开发的一款有限元分析软件，包含多个模块，可以对进行各种有限元分析，ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造、高压铸造、低压铸造、重力铸造等，是目前市场上一款比较知名的有限元分析软件。小编带来的是最新版ProCAST2016下载，有需要的朋友不要错过哦！

公司介绍

ESI集团在虚拟样机软件和服务的领先创新者。专家在材料物理，ESI已经开发出帮助工业制造商在几乎复制了制造，组装和产品在不同的环境测试代替物理样机独特的能力。如今，再加上虚拟现实，通过系统模型动画，并从数据分析中受益，虚拟样机变得身临其境的互动：ESI的客户可以把自己的产品寿命，确保可靠的性能，服务性和可维护性。

ProCAST2016功能

传热分析模块

本模块进行传热计算，并包括ProCAST的所有前后处理功能。传热包括铸件顶出后型腔和铝铸件的温度分布

传导、对流和辐射。使用热焓方程计算液固相变过程中的潜热。ProCAST的前处理用于设定各种初始和边界条件，可以准确设定所有已知的铸造工艺的边界和初始条件。铸造的物理过程就是通过这些初始条件和边界条件为计算机系统所认知的。边界条件可以是常数，也可以是时间或温度的函数。ProCAST配备了功能强大而灵活的后处理，与其他模拟软件一样，它可以显示温度、压力和速度场，又可以将这些信息与应力和变形同时显示。不仅如此，ProCAST还可以使用x射线确定缩孔的存在和位置，采用缩孔判据或Niyama判据也可以进行缩孔和缩松的评估。ProCAST还能显示紊流、热辐射通量、固相分数、补缩长度、凝固速度、冷却速度，温度梯度等。

流体分析模块

流体分析模块可以模拟包括充型在内的所有液体和固体流动的效应。ProCAST通过完全的Navier—Stocks流动方程对流体流动和传热进行耦合计算。本模块中还包括非牛顿流体的分析计算。此外，流动分析可以模拟紊流、触变行为及多孔介质流动(如过滤网)，也可以模拟注塑过程。流动分析模块包括以下求解模型：Navier—Stokes流动方程，自由表面的非稳态充型，气体模型(用以分析充型中的囊气、压铸和金属型主宰的排气塞、砂型透气性对充型过程的影响以及模拟低压铸造过程的充型)，滤模型(分析过滤网的热物性和透过率对充型的影响，以及金属在过滤网中的压头损失和能量损失，粒子轨迹模型跟踪夹杂物的运动轨迹及最终位置)，牛顿流体模型(以Carreau.Yasuda幂律模型来模拟塑料、蜡料、粉末等的充型过程)，紊流模型(用以模拟高压压力铸造条件下的高速流动)，消失模模型(分析泡沫材料的性质和燃烧时产生的气体、金属液前沿的热量损失、背压和铸型的透气性对消失模铸造充型过程的影响规律)，倾斜浇注模型(用以模拟离心铸造和倾斜浇注时金属的充型过程)。从以上列出的流动分析模型可知，在模拟金属充型方面ProCAST提供了强大的功能。

应力分析模块

本模块可以进行完整的热、流场和应力的耦合计算。应力分析模块用以模拟计算领域中的热应力分布，包括铸件铸型型芯和冷铁等。采用应力分析模块可以分析出残余应力、塑性变形、热裂和铸件最终形状等。应力分析模块包括的求解模型有6种：线性应力，塑性、粘塑性模型，铸件、铸型界面的机械接触模型，铸件疲劳预测，残余应力分析，最终铸件形状预测。

辐射分析模块

本模块大大加强了基本模块中关于辐射计算的功能。专门用于精确处理单晶铸造、熔模铸造过程热辐射的计算。特别适用于高温合金如铁基或镍基合金。此模块被广泛用于涡轮叶片的生产模拟。该模块采用最新的“灰体净辐射法”计算热辐射自动计算视角因子、考虑阴影效应等，并提供了能够考虑单晶铸造移动边界问题的功能。此模块还可以用来处理连续性铸造的热辐射，工件在热处理炉中的加热以及焊接等方面的问题。

显微组织分析模块

显微组织分析模块将铸件中任何位置的热经历与晶体的形核和长大相联系，从而模拟出铸件各部位的显微组织。ProCAST中所包括的显微组织模型有通用型模型，包括等轴晶模型、包晶和共晶转变模型，将这几种模型相结合就可以处理任何合金系统的显微组织模拟问题。ProCAST使用最新的晶粒结构分析预测模型进行柱状晶和轴状晶的形核与成长模拟。一旦液体中的过冷度达到一定程度，随机模型就会确定新的晶粒的位置和晶粒的取向。该模块可以用来确定工艺参数对晶粒形貌和柱状晶到轴状晶的转变的影响。Fe—C合金专用模型：包括共晶/共析球墨铸铁、共晶/共析灰El/白口铸铁、Fe—C合金固态相变模型等。运用这些模型能够定性和定量地计算固相转变、各相如奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体的成分、多少以及相应的潜热释放。

电磁感应分析模块

电磁感应分析模块主要用来分析铸造过程中涉及的感应加热和电磁搅拌等问题，如半固态成形过程中的用电磁搅拌法制备半固态浆料及半固态触变成形过程中用感应加热重熔半固态坯料。这些过程都可以用ProCAST对热流动电磁场进行综合计算和分析。

网格生成模块

MeshCASTMeshCAST自动产生有限元网格。这个模块与商业化CAD软件的连接是天衣无缝的。它可以读入标准的CAD文件格式如IGES，Step，STL或者Parsolids。同时还可以读诸如I-DEAS，Patran，Ansys，ARIES或ANVIL格式的表面或三维体网格，也可以直接和ESI的PAMSYS.TEM和GEOMESH无缝连接。MeshcastTM同时拥有独一无二的其他性能，如初级CAD工具、高级修复工具、不一致网格的生成和壳型网格的生成等。

反向求解模块

本模块适用于科研或高级模拟计算之用。通过反算求解可以确定边界条件和材料的热物理性能，虽然ProCAST提供了一系列可靠的边界条件和材料的热物理性能，但有时模拟计算对这些数据有更高的精度要求，这时反算求解可以利用实际的测试温度数据来确定边界条件和材料的热物理性能，以最大限度地提高模拟结果的可靠性。在实际应用技术中首先对铸件或铸型的一些关键部位进行测温，然后将测温结果作为输人量通过ProCAST反向求解模块对材料的热物理性能和边界条件进行逐步迭代，使技术的温度/时间曲线和实测曲线吻合，从而获得精确计算所需要的边界条件和材料热物理I生能数据。

ProCAST材料计算教程

可以在材料数据库中激活材料计算模块：

在Base处选择要计算的基体，Fe Al Mg Ni Ti Cu Co ，在Composition处输入主要元素的化学百分比(重量百分比)

(注意：元素的含量低于0.01 % ，建议忽略，因为其可能影响到材料计算的收敛性)

计算前，首先选择计算模型：

Scheil model,固态中完全无扩散，一般用于高冷却速率的计算(>20K/s)

Leverrule ,固态完全扩散，一般用于低冷却速率 (<0.01K/s)

BackDiffusion ,固态中有限扩散，根据实际冷却速率进行计算。情况介于Scheil model 和Lever rule两个理想状态之间，为了确定固态扩散量，必须指定一个平均冷却速率。(注意：该实际冷却速率不要设置低于(<0.01K/s)，若实际冷却速率小于(<0.01K/s)，选择Lever rule.)

三种模型最大的区别在于固相分数曲线的后半截(固相线温度)，如图：

以铝合金A356为例，分别用三种模型进行计算，

(1) Lever rule (<0.01K/s)

(2) Back Diffusion (=0.1K/S)

(3) Back Diffusion (= 1 K/S)

(4) Scheil model (>20K/s)

从上图可以看出，不同的扩散模型对固相线的影响是非常显著的。

3、计算模型使用建议：

(1) 铸铁和碳钢推荐使用 Lever rule模型

(2) 若明确平均冷却速率，建议使用 Back Diffusion 模型

(3) 当不清楚冷却速率的时候，大部分合金建议选用 Scheil model (低合金钢除外，因为固相扩散非常快)

(4) 通常，使用Back Diffusion 模型，冷却速率设置为0 K/S 可以计算出手册上的固相线温度。但是，计算材料属性，依然建议使用实际的冷却速率。

(5) 如果计算和实际不符合，建议去掉部分微量元素。如：钢中的P 和S 元素。

(6) 铸铁计算时，无法计算出带膨胀的密度曲线，因为膨胀依赖于微观组织、微观组织又依赖于冷却速度。这种曲线需要用户根据实验，自己加入。(可以对比自带(Public)数据库,观察铸铁材料密度曲线)

个人建议：

1、尽量采用Public里面的数据库，部分数据库是经过ESI公司矫正、验证后的数据。

2、计算的数据，用于模拟前最好进行检查，观察是否有畸变点，并进行修正，可以找官方数据进行对比修正。

3、 http://www.matweb.com/ http://www.matdata.net/index.jsp 两个国外免费的材料数据库网站。

4、ProCAST的帮助文档，写得非常详细，值得研究。

信息：某公司曾经做过ProCAST材料数据，低温阶段=实际数据，高温数据与实际有一定偏差，但是缩松缩孔计算，基本准确。且就铸造数据而言，Computherm >JimatPro

4、计算结果：

(1) 不同温度下相的百分数

(2)金属导热率

(3)金属密度曲线

(4)潜热

(5) 固相分数曲线

(6) 粘度系数

(7) 应力数据

PROCAST应力计算教程

若材料数据库里面有应力模型，可以忽略以上材料参数设置

接下来，修改前处理材料设置表格最后一列的力学计算模型

最后在simulation parameters 窗口下的Stress卡片里将求解器改为“ON"即可(如果需要计算冷裂，请打开CRACK，计算时间会增加)，如果模型较大，网格较多可以增大存储频率，减少存储量。

如果您的铸件很大，网格很多，建议不要流场、温度场、应力场一同耦合计算，耗时较长，可以使用EXTRACT抽取的方法，将三场耦合计算改为两段计算，充型时计算流场、温度场，凝固时计算温度场、应力场(不适用于充型时就有较多金属液凝固的情况)，具体操作如下：

1、正常设置计算文件(A)，计算充型时的流场、温度场;

2、在充型完成后停止计算(从后处理结果中判断)，另存计算文件(B)到其他路径，设置应力计算需要的材料属性，在材料设置窗口第一列单击右键，选择Extract，弹出的窗口如下图，选项A文件计算结果文件Ag.unf，填写需要抽取的步数(充型完成那一刻，从后处理中观察)，选择需要抽取的内容，Thermal/Flow/Stress，点击Extract即可开始抽取。抽取后，B文件即为以A文件计算相应步数结果为初始条件的计算文件，开启Stress计算模型开始计算即可。

下面来看一下计算结果，应力计算可以得到很多种类的结果，常用的有:

1.Effective Stress 等效应力(综合指标)

2.Maximum Shear Stress 最大剪切应力

3.Average Normal Stress 平均主应力(可用于区域受拉或受压判断)

4.Total Displacement 整体变形尺寸(后面还有各个方向上的分量)

5. Gap Width 气隙(凝固过程金属收缩与铸型分离的距离)

6. Cracking 冷裂

7. Hot Tearing indicator 热裂

8. 其他(不常用，基本都是上述结果内的分量)

各类结果都使用云图表示，标尺、单位在左侧，请对照观察。

软件计算的是凝固过程，所以上述结果也是随温度变化得到的动态过程，先确定好您要观察的铸件温度状态，在相应步数下观察应力计算结果，首次点选结果会有一个处理过程，根据模型大小、计算步数等待时间不定。

注：在后处理Options菜单中，使用Displacement Magnitude可以将铸件的变形放大相应倍数，方便观察。

最后来讲一下开箱、去除浇冒口系统的应力计算，这些操作都会释放应力，让铸件回弹，根据铸件结构，影响也是挺大的，所以比较重要，过程如下：

1.正常计算应力到开箱时间，记住相应的计算步数;

2.将原文件中的铸型网格删除，另存文件到其他路径;

4.没有铸型的约束，需要在Process Condition Manager 中添加Displacement 约束条件(可以根据实际情况选择约束点，注意不要过约束哦)

5.根据实际情况重新定义边界换热(铸件表面的空冷)，去除浇注条件(inlet or velocity)

6.调出Extract窗口，选择Mapping 前的单选按钮(此时网格变了，所以要用映射)，其他操作与Extract一样，计算到结果稳定(或切除冒口的时刻)即可;

7.删除浇冒口系统，另存到其他路径(只剩铸件)重复进行4、5、6的工作即可。