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ProCAST 2009
 ProCAST分析模块
发布者: 出处: 日期:2012/4/20 阅读:2004 推荐:0 点评:0
   

分析模块
ProCAST是针对铸造过程进行流动一传热一应力耦合作出分析的系统。它主要由8个模块组成:有限元网格划分MeshCAST基本模块、传热分析及前后处理(BaseLicense)、流动分析(Fluidflow)、应力分析(Stress)、热辐射分析(Rediation)、显微组织分析(Micromodel)、电磁感应分析(Electromagnetics)、反向求解(Inverse),这些模块既可以一起使用,也可以根据用户需要有选择地使用。对于普通用户,ProCAST应有基本模块、流动分析模块、应力分析模块和网格划分模块。
1)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]

铸件顶出后型腔和铝铸件的温度分布
[2]
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。
2)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。
3)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。
4)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。
5)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。
6)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。
7)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。
8)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。

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