功能簡介

ProCAST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、優化鑄造設備參數和工藝方案。

ProCAST可以模擬金屬鑄造過程中的流動過程，準確顯示冷隔、裹氣和氧化夾雜的位置。凝固過程中凝固收縮、微觀組織的形成、轉變及殘余應力與變形，熱裂紋、冷裂紋，可準確地預測縮孔、縮松和鑄造過程中微觀組織的變化。

PROCAST作為熱物理綜合解決領域的旗艦產品，ProCAST是所有鑄造模擬軟件中現代CAD/CAE集成化程度高的。因為有限元算法的原因，是目前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。

適用范圍
模塊化設計適合任何鑄造過程的模擬。

高壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造

重力砂模鑄造，金屬型鑄造

傾轉澆注

熔模精密鑄造，

半固態鑄造

消失模鑄造

離心鑄造

連續鑄造等

材料數據庫

ProCAST可以用來模擬任何合金，從鋼和鐵到鋁基、鈷基、銅基、鎂基、鎳基、鈦基和鋅基合金，以及非傳統合金和聚合體。

PROCAST旗下的熱物理仿真研究開發隊伍匯集了全球的五十多位冶金、鑄造、物理、數學、計算力學、流體力學和計算機等多學科的專家，專業從事ProCAST和相關熱物理模擬產品的開發。得益于長期的聯合研究和工業驗證，使得通過工業驗證的材料數據庫不斷地擴充和更新，同時，用戶本身也可以自行更新和擴展材料數據。

除了基本的材料數據庫外，ProCAST還擁有鋁基、鐵基、鈦基、鎂基、鈷基、鎳基和銅基合金系統的熱力學數據庫。這個獨特的數據庫使得用戶可以直接輸入化學成分，從而自動產生諸如液相線溫度、固相線溫度、潛熱、比熱和固相率的變化等熱力學參數。

ProCAST提供了能夠預測評估整個鑄造過程的完整軟件解決方案，包括模型充填、凝固、微觀組織和應力的模擬。能夠快速可視化鑄造過程，在制造過程的前期做出正確的決策。

ProCAST軟件的特點

ProCAST采用基于有限元法(FEM)的數值計算方法與有限差分(FDM)相比，有限元法具有較大的靈活性，特別適用于模擬復雜鑄件成形過程中的各種物理現象。有限元法的優點可以歸納如下：

①完美的幾何描述能力。FEM可以準確描述曲面，而FDM只能以階梯形簡化描述曲面。

②建模過程中如需局部網格細化，有限元網格無須像有限差分法那樣把細化影響到整修模型，這樣使FEM的單元和節點數明顯少于FDM。

③以彈性、彈塑性、彈粘塑性模型進行應力和熱的耦合分析時，只能采用有限元法。有限差分法由于網格不能變形而不能進行應力分析。

④在處理和充型方向相平行的曲面時，由于有限元法能夠準確描述曲面邊界，因而能準確模擬鑄件充型的流場；而有限差分法在描述鑄件曲面邊界時，由于斷面成鋸齒狀而造成較大的偏差。

⑤在準確處理輻射傳熱問題時，視角系數和陰影效果的計算，要求準確地描述外表面及相應方位。因此，FDM無法處理復雜的輻射問題。

模塊介紹

ProCAST是完整的模塊軟件解決方案提供眾多的模塊和工程工具來滿足鑄造業復雜的要求。

ProCAST共有九個模塊，下面分別闡述相應的功能。

1、流體求解器

ProCAST提供了一個非常突出的流體流動功能來模擬充填，求解全三維N-S方程并耦合能量方程。自由表面正面跟蹤方法利用體積流體方法（VOF）。可以在整個凝固過程模擬自然對流和收縮導致的流動。

主要特點

沖砂 紊流 澆不足 冷隔 裹氣 夾渣 溢流口位置 流動距離

求解器全三維N-S流體流動方程

傾轉澆注：可任意設置旋轉軸、傾轉速度

半固體材料的非牛頓流體流動模型

任意形式或方向(直孔)的過濾網

湍流模擬

可壓流體模型

消失模模型

金屬液的速度、壓力、粒子跟蹤、矢量方向等

2、熱求解器

熱求解器通過考慮傳導、對流和輻射計算傳熱。通過焓的形式來描述凝固和固相轉變中的潛熱。

主要特點

熱節 縮孔 宏觀、微觀縮松 模具冷卻、加熱參數優化 澆口、冒口設計

瞬態，非線性三維熱傳導

熱、對流和輻射

利用焓的形式考慮相變

耦合應力計算，自動調整鑄件與模型間氣隙引起的熱阻變化

虛擬模型(砂型、金屬型等)，減少計算量

3、應力求解器

本模塊可以進行完整的熱、流場和應力的耦合計算。應力分析模塊用以模擬計算領域中的熱應力分布，包括鑄件鑄型型芯和冷鐵等。采用應力分析模塊可以分析出殘余應力、塑性變形、熱裂、冷裂紋、鑄型疲勞預測和鑄件終形狀等。

主要特點

熱、機械接觸應力 熱裂紋、冷裂紋 扭曲變形 模具疲勞 鑄件應力集中及模具殘余應力

非線性應力分析

自動接觸分配和評估（熱和力）

應力-溫度-流動全耦合計算

可以考慮氣隙對換熱的影響

開模和去除澆冒口時的變形、回彈及應力變化

4、輻射

輻射模塊擴展了熱求解器輻射的功能包括角系數的影響。這個模塊對熔模鑄造過程是必需的，從shell的一個區域到另一個區域的自輻射影響是非常顯著的。

主要特點

包括自輻射影響的準確熱分析結果

針對模型或爐體相對有運動的工藝，自動更新輻射角系數(單晶葉片生產工藝)

包括殼型預熱的整個過程模擬

快速角系數計算算法

在網格工具中生成不同厚度的模殼

5、反向模擬

ProCAST的反向模擬，根據實測模型或鑄件上某點的溫度曲線，通過反射求解確定材料屬性或邊界條件，提高后續計算的準確度。

主要特點

確定時間和溫度相關的界面系數

確定時間和溫度相關的邊界條件

確定時間和溫度相關的材料屬性

6、微觀疏松（APM模塊）

大多數模擬方案限定孔隙的預測為基于金屬液體演變的宏觀孔隙。這種簡化方法沒有考慮氣體溶解和局部收縮起點的微觀孔隙度。ProCAST提供了基于微觀孔隙度模擬的方法解決這種物理問題。

主要特點

微觀孔隙度預測與宏觀孔隙和管縮耦合

糊狀區的壓降

氣體分離

氣體溶解度作為溫度和金屬單元的函數

氣孔的位置及程度

7、微觀組織

ProCAST微觀組織模塊進行鑄造過程中任意位置熱歷程連同成核和微觀結構生長耦合模擬。運用這些模型能夠定性和定量地計算固相轉變、各相如奧氏體、鐵素體、滲碳體和珠光體的成分、多少以及相應的潛熱釋放。

主要特點

可用的確定性模型：

等軸枝晶(DAS)

耦合共晶

球墨鑄鐵共晶

灰口/白口鐵共晶

球墨鑄鐵共析

灰口鐵共析

包晶轉變

鐵/碳固態轉變

8、晶粒結構模擬

晶粒結構模塊基于隨機方法（細胞自動機（cellular automation））和有限元（CAFé模型）的耦合，能夠預測晶粒結構的凝固。

主要特點

預測柱狀和等軸枝晶粒結構

對單晶部件預測雜散晶體

晶體結構的演變

立體信息

顆粒結構直接可視化

9、OPT 優化模塊

可以用來計算出佳設計參數。（計算得到好生產效果的邊界條件）

可以制定邊界條件（澆注速度、澆注溫度、模具初始邊界條件）的范圍，軟件自動優化出優的搭配結果。

VE新一代ProCAST前后處理平臺

如今ProCAST與Visual-Environment(VE可視化環境)界面結合，VE 包括：

網格劃分

前處理設置

后處理結果分析

1.網格劃分與工具 Visual-Mesh

Visual-mesh，ProCAST新一代的CAD界面和網格生成器，流程化的幾何網格出來界面，使得網格生成更快速、簡單。

主要特點

自動生成三維網格（四面體、六面體及四面體六面體混合網格）

CAD幾何可通過AutoCAD、UG，CATIA，PROE數據專用接口導入

通用的格式如PARASOLID、STEP, IGES、STL格式支持

直接導入其它通用軟件生成的有限元網格(Ansys、Hyperworks、Patrant、ANSA等)

處理復雜幾何模型和多種材料

對邊和表面可變的網格密度

自動快速的網格生成

良好的網格質量和質量檢查

確保流體流動分析的網格

熔模鑄造的自動生成殼體

網格布爾運算和網格裝配

2、Visual-Cast前處理器

可以通過ProCAST圖形用戶界面來定義各種邊界條件。這些豐富的功能能夠準確模擬所有鑄造情況。所選需要施加邊界條件的幾何區域可以通過點擊和自動選擇延伸執行。用戶定義的數據可以是不變的，也可以隨時間或溫度變化。