ProCAST世界領(lǐng)先的鑄造模擬解決方案

有限元核心：高精度應(yīng)力計(jì)算、真正的多場(chǎng)耦合

工業(yè)化應(yīng)用：從工業(yè)中來到工廠中去

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：所有鑄造工藝、所有合金材料

廣泛的數(shù)據(jù)接口：常用CAD、CAE軟件接口

高級(jí)冶金學(xué)性能分析：鑄態(tài)組織、性能，晶體結(jié)構(gòu)

廣泛的應(yīng)用平臺(tái)：Windows、Linux、UNIX

ProCAST是法國(guó)ESI公司熱物理綜合解決方案的旗艦產(chǎn)品，是為評(píng)價(jià)和優(yōu)化鑄造產(chǎn)品與鑄造工藝而開發(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)化鑄造工藝參數(shù)和工藝方案。ProCAST可以模擬金屬鑄造過程中的流動(dòng)過程，精確顯示充填不足、冷隔、裹氣和熱節(jié)的位置以及殘余應(yīng)力與變形，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)縮孔、縮松和鑄造過程中微觀組織的變化。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行分析和優(yōu)化。它可以用來研究設(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程，精確地描述凝固過程，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。

ProCAST可以直接讀取主流軟件數(shù)據(jù)，并具備強(qiáng)大的幾何修復(fù)功能，同時(shí)配備了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接口和三維網(wǎng)格自動(dòng)剖分工具。ProCAST率先在商用化軟件中使用了先進(jìn)的有限元技術(shù)，是目前唯一能對(duì)鑄造凝固過程進(jìn)行熱－流動(dòng)－應(yīng)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(yīng)力，不需要與第三方軟件進(jìn)行耦合計(jì)算，得到的結(jié)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(guó)的主要用戶比較著名的有：中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司、上海汽車鑄造廠、航空部材料研究所、齊齊哈爾機(jī)車車輛廠、中科院沈陽(yáng)金屬所、上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、四川大學(xué)等單位。

但自ProCAST推出后，一直沒有一本正式而又系統(tǒng)全面的中文用戶手冊(cè)和教材，給用戶的使用帶來了困難。因?yàn)镻roCAST功能強(qiáng)大，參數(shù)豐富，眾多參數(shù)交織在一起，往往使用戶感到無從下手，特別在網(wǎng)格剖分和計(jì)算參數(shù)的設(shè)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(cè)，書中對(duì)原理和使用方法進(jìn)行了全面詳盡的分析和說明。其中，第1章介紹鑄造數(shù)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(xì)說明ProCAST集成環(huán)境，并以一個(gè)例子給出運(yùn)用ProCAST進(jìn)行模擬計(jì)算的基本步驟；第3章為MeshCAST，屬于ProCAST的網(wǎng)格自動(dòng)生成工具，該章詳細(xì)闡述和說明了生成有限元網(wǎng)格的原理、方法和步驟，是使用ProCAST的關(guān)鍵和難點(diǎn)，也是進(jìn)行ProCAST操作的比較有趣的部分；第4章系統(tǒng)闡述說明前處理PreCAST的使用原理、方法和步驟，在計(jì)算前對(duì)所要模擬的工程進(jìn)行正確完整的參數(shù)設(shè)置和幾何設(shè)置是進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)值模擬的重點(diǎn)和主要工作，因此讀者應(yīng)當(dāng)在此多下功夫；第5章介紹在完成前處理后開始進(jìn)行計(jì)算的操作過程；第6章為結(jié)果顯示部分，把計(jì)算結(jié)果顯示為三維真彩色圖像，并可以動(dòng)態(tài)觀察；第7章也屬于后處理部分，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析，如縮孔縮松判據(jù)設(shè)定、熱裂冷裂預(yù)測(cè)等；第8章也屬于后處理部分，可以將需要的計(jì)算結(jié)果輸出到一定格式的文件中；第9章、第10章是關(guān)于ProCAST軟件的教程；第11章給出了運(yùn)用ProCAST軟件進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)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(xué)習(xí)，待這幾章內(nèi)容熟練后，再深入到其他各章節(jié)中去，進(jìn)一步提高ProCAST軟件的應(yīng)用能力。

由于編者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，書中疏漏之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正，以期再版時(shí)修訂。

編 者

2010年4月

前言

第1章 緒論 1
1.1 鑄造過程數(shù)值模擬概論 1
1.1.1 鑄造過程數(shù)值模擬的來源、內(nèi)容
和意義 1
1.1.2 鑄造過程數(shù)值模擬原理 1
1.1.3 國(guó)內(nèi)外數(shù)值模擬軟件概況 3
1.2 ProCAST模擬軟件簡(jiǎn)介 3
1.2.1 概述 3
1.2.2 合作伙伴 4
1.2.3 ProCAST功能簡(jiǎn)介 4
1.2.4 ProCAST應(yīng)用概況 7
1.3 ProCAST模擬流程 8
1.4 ProCAST模塊簡(jiǎn)介 10
1.4.1 ProCAST主模塊簡(jiǎn)介 10
1.4.2 關(guān)于使用過程中一些特殊問題
的說明 11
第2章 ProCAST集成環(huán)境 19
2.1 軟件總環(huán)境 19
2.1.1 項(xiàng)目管理（File Manager） 19
2.1.2 模塊調(diào)用（Module calls） 21
2.1.3 高級(jí)模塊調(diào)用 27
2.1.4 運(yùn)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(yùn)行過程 37
2.2.1 啟動(dòng)軟件 37
2.2.2 模擬參數(shù)設(shè)定 38
2.2.3 計(jì)算 43
2.2.4 結(jié)果顯示 44
第3章 MeshCAST網(wǎng)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(dòng) 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(huán)境 54
3.5.1 修復(fù)工具 56
3.5.2 修改工具 93
3.5.3 集合表 106
3.6 網(wǎng)格環(huán)境 109
3.6.1 編輯網(wǎng)格 110
3.6.2 殼體（Shell） 113
3.6.3 生成體網(wǎng)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(xiàng)集（Active Ops） 138
3.7 網(wǎng)格質(zhì)量檢測(cè)環(huán)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(xiàng)卡（Display Ops） 151
3.7.4 激活選項(xiàng)卡（Active Ops） 153
3.8 顯示工具夾（Display Tools） 154
3.9 網(wǎng)格裝配 160
3.9.1 表面網(wǎng)格裝配 161
3.9.2 新版本對(duì)面網(wǎng)格裝配的改進(jìn) 177
3.9.3 布爾裝配 184
3.9.4 生成殼體網(wǎng)格 187
3.10 新殼層網(wǎng)格生成系統(tǒng) 193
第4章 前處理 201
4.1 簡(jiǎn)介 201
4.2 幾何體導(dǎo)入 204
4.3 傳熱 205
4.3.1 幾何體設(shè)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(yùn)行參數(shù) 219
4.3.8 流體流動(dòng)和充型 220
4.4 輻射 222
4.5 應(yīng)力 229
4.6 數(shù)據(jù)庫(kù) 234
4.6.1 材料數(shù)據(jù)庫(kù) 234
4.6.2 材料物性 237
4.6.3 熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù) 240
4.6.4 界面數(shù)據(jù)庫(kù) 252
4.6.5 邊界條件數(shù)據(jù) 253
4.6.6 過程數(shù)據(jù)庫(kù) 260
4.6.7 應(yīng)力數(shù)據(jù)庫(kù) 264
4.6.8 應(yīng)力模型和性質(zhì) 265
4.7 運(yùn)行參數(shù) 281
4.7.1 通用運(yùn)行參數(shù) 282
4.7.2 溫度場(chǎng)運(yùn)行參數(shù) 286
4.7.3 熱平衡計(jì)算參數(shù) 289
4.7.4 輻射運(yùn)行參數(shù) 290
4.7.5 流動(dòng)運(yùn)行參數(shù) 292
4.7.6 紊流運(yùn)行參數(shù) 300
4.7.7 應(yīng)力運(yùn)行參數(shù) 301
4.7.8 微觀組織模擬運(yùn)行參數(shù) 304
4.7.9 預(yù)定義運(yùn)行參數(shù) 306
4.7.10 推薦運(yùn)行參數(shù) 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(bǔ)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(wǎng) 323
4.8.9 發(fā)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(wǎng)格和非一致性網(wǎng)格 335
4.8.16 網(wǎng)格優(yōu)化 338
第5章 計(jì)算運(yùn)行 339
5.1 求解器 339
5.2 疑難解答 341
第6章 結(jié)果顯示 344
6.1 簡(jiǎn)介 344
6.2 域選擇 348
6.3 顯示類型 351
6.4 顯示參數(shù) 359
6.5 放映機(jī) 369
6.6 曲線 369
6.7　幾何操作 373
第7章 結(jié)果分析 378
7.1 流體前沿跟蹤 378
7.2 判據(jù)函數(shù) 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(diǎn)指示器 386
第8章 結(jié)果輸出 387
8.1 簡(jiǎn)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(yīng)力 390
第9章 ProCAST主模塊的操作步驟演示 392
9.1 GeoMESH——完全自動(dòng)化的網(wǎng)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(duì)比 401
9.2 MeshCAST——ProCAST中的有限元網(wǎng)格剖分工具 403
9.2.1 簡(jiǎn)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)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(chǎng)溫度場(chǎng)耦合分析 476
10.6 低壓鑄造 482
10.7 離心鑄造 490
10.8 連續(xù)鑄造 500
10.8.1 原理 500
10.8.2 前處理 503
10.8.3 MiLE算法實(shí)例 519
10.9 射砂制芯 525
10.10 觸變鑄造（半固態(tài)鑄造） 527
10.11 應(yīng)力計(jì)算 530
10.12 非連續(xù)網(wǎng)格模型計(jì)算 538
10.13 微觀組織模擬 545
第11章 運(yùn)用ProCAST進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)化的實(shí)例分析 549
11.1 如何有效運(yùn)用鑄造數(shù)值模擬軟件提高鑄件質(zhì)量 549
11.1.1 目前鑄造模擬軟件在我國(guó)鑄造企業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及原因分析 549
11.1.2 有效運(yùn)用數(shù)值模擬軟件提高鑄件質(zhì)量的方法 551
11.2 復(fù)式比例閥的計(jì)算機(jī)輔助均衡凝固工藝設(shè)計(jì)及數(shù)值優(yōu)化 552
11.2.1 設(shè)計(jì)背景 552
11.2.2 鑄件工藝設(shè)計(jì) 552
11.2.3 數(shù)值模擬校核 556
11.2.4 結(jié)論 557
11.3 用模數(shù)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行剎車頭球鐵件工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化 557
11.3.1 設(shè)計(jì)背景 557
11.3.2 鑄造工藝設(shè)計(jì) 558
11.3.3 鑄件的工藝參數(shù)計(jì)算 560
11.3.4 鑄件工藝的模擬優(yōu)化 561
11.4 用模擬方法直接尋找熱節(jié)從而簡(jiǎn)化鑄造工藝的實(shí)例 563
11.5 金屬型重力鑄造摩托車鋁合金車輪凝固過程數(shù)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(jìn)方案 567
11.5.4 結(jié)論 568
11.6 熔模鑄造熱水器密封盤的結(jié)構(gòu)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(yīng)力和變形模擬 570
11.6.4 結(jié)論 572
11.7 鋁合金壓鑄件澆注系統(tǒng)優(yōu)化 572
11.8 CAFE在易切削鋼9SMn28成分優(yōu)化上的應(yīng)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(yīng)用 577
11.8.3 結(jié)論 579