ProCAST世界領先的鑄造模擬解決方案

有限元核心：高精度應力計算、真正的多場耦合

工業化應用：從工業中來到工廠中去

廣泛的應用領域：所有鑄造工藝、所有合金材料

廣泛的數據接口：常用CAD、CAE軟件接口

高級冶金學性能分析：鑄態組織、性能，晶體結構

廣泛的應用平臺：Windows、Linux、UNIX

ProCAST是法國ESI公司熱物理綜合解決方案的旗艦產品，是為評價和優化鑄造產品與鑄造工藝而開發的專業CAE系統。借助于ProCAST系統，鑄造工程師在完成鑄造工藝編制之前，就能夠對鑄件在形成過程中的流場、溫度場和應力場進行仿真分析并預測鑄件的質量、優化鑄造工藝參數和工藝方案。ProCAST可以模擬金屬鑄造過程中的流動過程，精確顯示充填不足、冷隔、裹氣和熱節的位置以及殘余應力與變形，準確地預測縮孔、縮松和鑄造過程中微觀組織的變化。由于采用了標準化的、通用的用戶界面，任何一種鑄造過程都可以用同一軟件包ProCAST進行分析和優化。它可以用來研究設計結果，例如澆注系統、通氣孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。實踐證明ProCAST可以準確地模擬型腔的澆注過程，精確地描述凝固過程，可以精確地計算冷卻或加熱通道的位置以及加熱冒口的使用。

ProCAST可以直接讀取主流軟件數據，并具備強大的幾何修復功能，同時配備了功能強大的數據接口和三維網格自動剖分工具。ProCAST率先在商用化軟件中使用了先進的有限元技術，是目前唯一能對鑄造凝固過程進行熱－流動－應力完全耦合的鑄造模擬軟件，可以很好地模擬鑄件的充型、凝固和殘余應力，不需要與第三方軟件進行耦合計算，得到的結果精度高。

ProCAST自推出以來，在世界各地受到了眾多用戶的青睞，在我國的主要用戶比較著名的有：中國第一汽車集團公司、上海汽車鑄造廠、航空部材料研究所、齊齊哈爾機車車輛廠、中科院沈陽金屬所、上海交通大學、西北工業大學、四川大學等單位。

但自ProCAST推出后，一直沒有一本正式而又系統全面的中文用戶手冊和教材，給用戶的使用帶來了困難。因為ProCAST功能強大，參數豐富，眾多參數交織在一起，往往使用戶感到無從下手，特別在網格剖分和計算參數的設置方面，就更是如此。本書旨在為用戶提供一本詳盡的ProCAST使用手冊，書中對原理和使用方法進行了全面詳盡的分析和說明。其中，第1章介紹鑄造數值模擬的基本概念、ProCAST中包含的基本模塊，ProCAST的操作流程等；第2章詳細說明ProCAST集成環境，并以一個例子給出運用ProCAST進行模擬計算的基本步驟；第3章為MeshCAST，屬于ProCAST的網格自動生成工具，該章詳細闡述和說明了生成有限元網格的原理、方法和步驟，是使用ProCAST的關鍵和難點，也是進行ProCAST操作的比較有趣的部分；第4章系統闡述說明前處理PreCAST的使用原理、方法和步驟，在計算前對所要模擬的工程進行正確完整的參數設置和幾何設置是進行準確的數值模擬的重點和主要工作，因此讀者應當在此多下功夫；第5章介紹在完成前處理后開始進行計算的操作過程；第6章為結果顯示部分，把計算結果顯示為三維真彩色圖像，并可以動態觀察；第7章也屬于后處理部分，可以對數據進行各種分析，如縮孔縮松判據設定、熱裂冷裂預測等；第8章也屬于后處理部分，可以將需要的計算結果輸出到一定格式的文件中；第9章、第10章是關于ProCAST軟件的教程；第11章給出了運用ProCAST軟件進行鑄造工藝優化的若干案例。讀者可由第1章、第2章、第9章、第10章開始ProCAST軟件的入門學習，待這幾章內容熟練后，再深入到其他各章節中去，進一步提高ProCAST軟件的應用能力。

由于編者水平有限，加之時間倉促，書中疏漏之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正，以期再版時修訂。

編 者

2010年4月

前言

第1章 緒論 1
1.1 鑄造過程數值模擬概論 1
1.1.1 鑄造過程數值模擬的來源、內容
和意義 1
1.1.2 鑄造過程數值模擬原理 1
1.1.3 國內外數值模擬軟件概況 3
1.2 ProCAST模擬軟件簡介 3
1.2.1 概述 3
1.2.2 合作伙伴 4
1.2.3 ProCAST功能簡介 4
1.2.4 ProCAST應用概況 7
1.3 ProCAST模擬流程 8
1.4 ProCAST模塊簡介 10
1.4.1 ProCAST主模塊簡介 10
1.4.2 關于使用過程中一些特殊問題
的說明 11
第2章 ProCAST集成環境 19
2.1 軟件總環境 19
2.1.1 項目管理（File Manager） 19
2.1.2 模塊調用（Module calls） 21
2.1.3 高級模塊調用 27
2.1.4 運行列表 29
2.1.5 軟件配置 31
2.1.6 用戶安裝 34
2.1.7 許可證 34
2.2 軟件運行過程 37
2.2.1 啟動軟件 37
2.2.2 模擬參數設定 38
2.2.3 計算 43
2.2.4 結果顯示 44
第3章 MeshCAST網格生成 47
3.1 MeshCAST概述 47
3.2 MeshCAST的工作流程 48
3.3 MeshCAST的啟動 49
3.4 MeshCAST的主菜單 50
3.4.1 File菜單 50
3.4.2 Properties菜單 53
3.4.3 Help菜單 54
3.5 修改環境 54
3.5.1 修復工具 56
3.5.2 修改工具 93
3.5.3 集合表 106
3.6 網格環境 109
3.6.1 編輯網格 110
3.6.2 殼體（Shell） 113
3.6.3 生成體網格（Tet Mesh） 123
3.6.4 操作工具（Operational Tools） 127
3.6.5 顯示菜單（Display Ops） 136
3.6.6 激活選項集（Active Ops） 138
3.7 網格質量檢測環境 141
3.7.1 材料編輯表（Material Editing Table） 141
3.7.2 操作工具（Operational Tools） 144
3.7.3 顯示選項卡（Display Ops） 151
3.7.4 激活選項卡（Active Ops） 153
3.8 顯示工具夾（Display Tools） 154
3.9 網格裝配 160
3.9.1 表面網格裝配 161
3.9.2 新版本對面網格裝配的改進 177
3.9.3 布爾裝配 184
3.9.4 生成殼體網格 187
3.10 新殼層網格生成系統 193
第4章 前處理 201
4.1 簡介 201
4.2 幾何體導入 204
4.3 傳熱 205
4.3.1 幾何體設置 205
4.3.2 材料賦值 206
4.3.3 界面賦值 209
4.3.4 邊界條件 214
4.3.5 過程條件的賦值 217
4.3.6 初始條件 218
4.3.7 運行參數 219
4.3.8 流體流動和充型 220
4.4 輻射 222
4.5 應力 229
4.6 數據庫 234
4.6.1 材料數據庫 234
4.6.2 材料物性 237
4.6.3 熱力學數據庫 240
4.6.4 界面數據庫 252
4.6.5 邊界條件數據 253
4.6.6 過程數據庫 260
4.6.7 應力數據庫 264
4.6.8 應力模型和性質 265
4.7 運行參數 281
4.7.1 通用運行參數 282
4.7.2 溫度場運行參數 286
4.7.3 熱平衡計算參數 289
4.7.4 輻射運行參數 290
4.7.5 流動運行參數 292
4.7.6 紊流運行參數 300
4.7.7 應力運行參數 301
4.7.8 微觀組織模擬運行參數 304
4.7.9 預定義運行參數 306
4.7.10 推薦運行參數 307
4.8 縮松模型 310
4.8.1 POROS=1 310
4.8.2 POROS=4 313
4.8.3 POROS=8 313
4.8.4 密度定義 314
4.8.5 激活補縮 315
4.8.6 鑄鐵縮孔模型 315
4.8.7 虛擬鑄型 320
4.8.8 過濾網 323
4.8.9 發熱材料 325
4.8.10 熱平衡 326
4.8.11 消失模 328
4.8.12 觸變鑄造 331
4.8.13 離心鑄造 333
4.8.14 大鑄錠充填過程 334
4.8.15 多體網格和非一致性網格 335
4.8.16 網格優化 338
第5章 計算運行 339
5.1 求解器 339
5.2 疑難解答 341
第6章 結果顯示 344
6.1 簡介 344
6.2 域選擇 348
6.3 顯示類型 351
6.4 顯示參數 359
6.5 放映機 369
6.6 曲線 369
6.7　幾何操作 373
第7章 結果分析 378
7.1 流體前沿跟蹤 378
7.2 判據函數 380
7.3 縮松 384
7.4 金屬疲勞壽命指示器 385
7.5 熱裂指示器 385
7.6 冷裂指示器 385
7.7 斑點指示器 386
第8章 結果輸出 387
8.1 簡介 387
8.2 幾何體 387
8.3 輻射面 388
8.4 溫度 388
8.5 熱流率 390
8.6 位移 390
8.7 應力 390
第9章 ProCAST主模塊的操作步驟演示 392
9.1 GeoMESH——完全自動化的網格剖分工具 392
9.1.1 GeoMESH概述 392
9.1.2 GeoMESH操作過程 393
9.1.3 GeoMESH與MeshCAST的對比 401
9.2 MeshCAST——ProCAST中的有限元網格剖分工具 403
9.2.1 簡介 403
9.2.2 操作過程 405
9.3 PreCAST——前處理 415
9.4 ViewCAST——后處理界面 419
第10章 網絡模型各種鑄造方法的ProCAST模擬操作過程 434
10.1 砂型重力鑄造 434
10.2 帶濾網的砂型鑄造 442
10.3 熔模鑄造 452
10.4 消失模鑄造 462
10.5 壓鑄 465
10.5.1 壓鑄熱平衡分析 465
10.5.2 壓鑄—流場溫度場耦合分析 476
10.6 低壓鑄造 482
10.7 離心鑄造 490
10.8 連續鑄造 500
10.8.1 原理 500
10.8.2 前處理 503
10.8.3 MiLE算法實例 519
10.9 射砂制芯 525
10.10 觸變鑄造（半固態鑄造） 527
10.11 應力計算 530
10.12 非連續網格模型計算 538
10.13 微觀組織模擬 545
第11章 運用ProCAST進行鑄造工藝優化的實例分析 549
11.1 如何有效運用鑄造數值模擬軟件提高鑄件質量 549
11.1.1 目前鑄造模擬軟件在我國鑄造企業的應用現狀及原因分析 549
11.1.2 有效運用數值模擬軟件提高鑄件質量的方法 551
11.2 復式比例閥的計算機輔助均衡凝固工藝設計及數值優化 552
11.2.1 設計背景 552
11.2.2 鑄件工藝設計 552
11.2.3 數值模擬校核 556
11.2.4 結論 557
11.3 用模數網絡法進行剎車頭球鐵件工藝設計及優化 557
11.3.1 設計背景 557
11.3.2 鑄造工藝設計 558
11.3.3 鑄件的工藝參數計算 560
11.3.4 鑄件工藝的模擬優化 561
11.4 用模擬方法直接尋找熱節從而簡化鑄造工藝的實例 563
11.5 金屬型重力鑄造摩托車鋁合金車輪凝固過程數值模擬 565
11.5.1 模擬前處理 565
11.5.2 凝固模擬過程分析 566
11.5.3 工藝改進方案 567
11.5.4 結論 568
11.6 熔模鑄造熱水器密封盤的結構和工藝性研究 568
11.6.1 前言 568
11.6.2 密封盤的鑄造工藝模擬 569
11.6.3 密封盤的應力和變形模擬 570
11.6.4 結論 572
11.7 鋁合金壓鑄件澆注系統優化 572
11.8 CAFE在易切削鋼9SMn28成分優化上的應用 574
11.8.1 前言 574
11.8.2 CAFE 模型的描述 575
11.8.2 CAFE模型的應用 577
11.8.3 結論 579