Главная >> Software >> ProCAST
vector По алфавиту
B

ProCAST

  • О продукте
  • Требования
download
ProCAST

ProCAST профессиональная система компьютерного моделирования литейных процессов методом конечных элементов, обеспечивающая совместное решение температурной, гидродинамической и деформационной задач вместе с уникальными металлургическими возможностями для всех процессов литья и литейных сплавов.

Программный комплекс для моделирования литья компании ESI Group по праву считается незаменимым инструментом проверки решений на этапе разработки для любого литейного производства.

ProCAST — передовой продукт, результат более чем 20-летнего сотрудничества с крупными предприятиями и академическими институтами всего мира.

В текущей версии программы представлены новые инструменты выполнения типовых операций при генерации сетки и конфигурации расчета.

Реализованы два новых решателя для моделирования течения расплава, повышающие скорость расчета до 1,5 раз.

Контроль уровня расплава в литниковой чаше по заданным нижней и верхней границам позволяет регулировать расход в соответствии с практикой литейного производства.

Модель прогноза усадочной пористости адаптирована для технологии центробежного литья с вертикальной осью вращения.

Точность моделирования структуры (модуль CAFE) значительно повышена за счет применения вычислений с полной обратной связью с тепловым решателем ProCAST.

Основа ProCAST — единый графический интерфейс Visual Environment с интегрированными в него генератором конечно-элементных сеток, препроцессором, базами данных, постпроцессором и двумя решателями: гидродинамическим (Flow solver) и тепловым (Thermal solver). В качестве дополнительных опций предлагается большой список модулей, расширяющих базовые возможности программы.


Модульная структура ProCAST

Почти все модули ProCAST используют для решения соответствующих дифференциальных уравнений метод конечных элементов (МКЭ). Исключение составляют модуль расчета газовой и усадочной микропористости (Advanced Porosity Module), использующий метод конечных разностей (МКР), и модуль расчета процесса зарождения и роста зеренной структуры (CAFE), сочетающий в себе МКЭ и клеточные автоматы.

Для подготовки сеточной модели в ProCAST используется автоматизированный генератор 2D- и 3D-конечно-элементной сетки Visual-Mesh. Он позволяет импортировать CAD-модели в форматах IGES, STEP, CATIA, ProE, UG и Parasolid, а также сеточные 2D- и 3D-модели в форматах NASTRAN, PATRAN, I-DEAS, ANSYS, ABAQUS и др. В составе Visual-Mesh есть алгоритмы для автоматического создания многослойных сеточных оболочек, что позволяет формировать модели керамической формы, теплоизоляционных материалов и т.п., не прибегая к моделированию в CAD-системе. Специальная среда выполнения типовых операций использует пошаговую схему работы и проводит пользователя через необходимые этапы построения сетки до полного завершения ее генерации. Одновременно сохраняется возможность использовать традиционный сеточный генератор ProCAST — MeshCAST, который в будущем будет полностью заменен на Visual-Mesh.


ProCAST/Visual-Mesh (Cast). Сеточная модель литейного блока (ЧАО «АЗОВЭЛЕКТРОСТАЛЬ»)

ProCAST Flow solver — модуль, рассчитывающий заполнение формы жидким расплавом. Расчет течения описывается полным уравнением Новье-Стокса и может проводиться вместе с анализом температуры и напряжений. В решатель добавлена специальная модель для анализа турбулентных потоков. ProCAST Flow solver позволяет получить представление о характере заполнения формы расплавом, размывании песчаной формы, воздушных карманах, турбулентном течении, засорах, непроливах и холодных спаях. С помощью дополнительных опций можно моделировать центробежное литье, литье по выжигаемым моделям, изготовление песчаных стержней и литье тиксоматериалов.
 


ProCAST. Заполнение формы расплавом (ОАО «Тушинский машиностроительный завод»)

ProCAST Thermal solver — решатель, моделирующий тепловые явления в процессе заливки формы и кристаллизации отливки и позволяющий рассчитывать температурные поля в отливке и форме с учетом теплопроводности, конвекции и излучения (в окружающую среду). С помощью энтальпии учитывается тепловыделение, связанное с изменением фазового состава при кристаллизации и в твердом состоянии. ProCAST Thermal solver решает следующие задачи: вычисление температурных полей в отливке и форме, выявление тепловых узлов в отливке и мест перегрева формы, расчет усадочной раковины и макропористости. Эффективно моделируется многоцикловое литье в постоянные формы (учитываются все стадии процесса: заливка, выдержка, извлечение отливки, охлаждение, обдув воздухом), что позволяет получать правдоподобное температурное поле формы в процессе выпуска партии деталей.

С помощью дополнительных опций возможно моделирование сложного теплообмена излучением с эффектами переизлучения и затенения, непрерывного и полунепрерывного литья.
 


ProCAST. Тепловые узлы в отливке

ProCAST Stress solver — решатель напряжений, работающий совместно с термическим и гидродинамическим решателями. ProCAST Stress solver реализует следующие модели поведения материалов отливки и формы: линейная упругая, упругопластическая, вязкопластическая, вязкоупругая, жесткая и свободная. Совместный расчет напряжений позволяет с высокой точностью прогнозировать термический и механический контакты, остаточные напряжения, коробление и деформации, горячие трещины и разломы, напряжения в отливке и форме, усталость.


ProCAST. Коробление отливки

Кроме основных решателей и опций к ним, ProCAST содержит большое количество дополнительных модулей:

CAFE module — модуль, моделирующий структуру зерен во время затвердевания. Зеренная структура отливки — важный параметр, контролируемый металлургами. ProCAST совмещает модель клеточных автоматов (CA) с конечно-элементным (FE) расчетом тепловых потоков. По этой причине модуль расчета структуры зерен ProCAST обычно называют CAFE;


ProCAST/CAFE. Микроструктура литого образца (ОАО «НПО «Сатурн»)

Microstructure module — модуль расчета микроструктуры литейных чугунов и сталей. ProCAST реализует детерминистический подход к расчету микроструктуры, который позволяет учитывать фазовые превращения в сталях и литейных чугунах. Результатами расчета по такой модели будут: средний размер зерна, междендритное расстояние, фазовый состав, механические свойства (предел текучести, предел прочности, удлинение и твердость). В Microstructure module включены модели Phase Field, Pseudo-Front Tracking, модель чугуна с вермикулярным графитом (CGI), модель коррозионно-стойкого чугуна (Ni-Resist) и модель макросегрегаций в сталях, которые дают прямое описание развития морфологии зерен и микросегрегаций в заданных зонах отливки;

Inverse module — модуль, предназначенный для уточнения граничных условий и свойств материалов. Граничные условия и свойства материалов могут быть определены в ProCAST с помощью инверсных методов. Эти методы основаны на минимизации разницы между рассчитанными и экспериментальными температурами, измеренными в определенных местах в определенное время;

Advanced Porosity Module (APM) — модуль, рассчитывающий макро- и микропористость в отливке. В отличие от стандартной модели пористости, включенной в ProCAST Thermal solver, Advanced Porosity Module позволяет рассчитывать междендритную усадку с учетом растворенных газов, присутствующих в расплаве. В модуле используется модель, основанная на решении уравнения Дарси и микросегрегации газа, которая объединена с моделью макропористости и прогнозом образования усадочной раковины;
 


ProCAST. Пористость

User functions — модуль, с помощью которого возможно гибкое управление граничными условиями. User functions позволяет задавать граничные условия (например, коэффициент теплопередачи), зависящие от времени, температуры или положения в пространстве. Это дает возможность более точно моделировать разные специфические литейные технологии, например, направленную кристаллизацию (в том числе с жидкометаллическим охладителем);

Hot Cracking module (только для Continuous casting) — модуль, проводящий критериальный анализ возможности образования горячих трещин при непрерывном и полунепрерывном литье. Возникновение горячих трещин при непрерывном литье отрицательно сказывается на производительности, особенно для сплавов, чувствительных к этому дефекту. Hot Cracking module содержит новый критерий образования горячих трещин, разработанный специально для процессов непрерывного литья;

CompuTherm Material Thermodynamic Database (Fe, Ni, Al, Mg, Ti, Cu) — уникальная термодинамическая база данных, которая позволяет пользователю, введя химический состав сплава, автоматически получить температурные кривые свойств, необходимые для проведения точного расчета литейного процесса. С помощью Thermodynamic Database можно рассчитать кривые энтальпии, доли твердой фазы, плотности, вязкости, коэффициента теплопроводности в зависимости от химического состава и скорости охлаждения. Также с помощью Thermodynamic Database можно рассчитать упругие свойства материала (в виде температурных кривых): модуль Юнга, коэффициент Пуассона, коэффициент линейного температурного расширения. Для сплавов на основе Al и Mg возможен расчет предела текучести c учетом скорости охлаждения;


ProCAST/Visual-Cast. Термодинамическая база данных свойств сплавов

PAM-OPT — модуль оптимизации геометрии и параметров литейного процесса. Помогает исследовать устойчивость производственного процесса к изменению различных параметров. Например, модуль может выполнить минимальное количество вычислений для оценки риска появления пористости в зависимости от возможных отклонений значений этих параметров;

SALSA3D — отдельный модуль от компании CTIF, позволяющий рассчитать и создать литниковую систему для процесса литья под давлением. Сконструированная система может быть передана в ProCAST для моделирования и анализа.

MeshCAST

В текущей версии программы результаты разработки MeshCAST перенесены в модуль Visual-Mesh, который теперь является основным средством генерации сеток в ProCAST.

Visual-Mesh

Среда выполнения типовых операций Generic Workflow автоматизирует построение сетки через набор блоков. Цветовая индикация блоков наглядно показывает их статус. Пошаговая схема работы ведет пользователя через необходимые этапы построения сетки до полного завершения ее генерации. На всех шагах работают подсказки и автоматические проверки.


ProCAST/Visual-Mesh. Среда выполнения типовых операций

Выбор в панели управления видимыми объектами (Visibility) установлен на Element.
Панель режимов просмотра сетки (CAD wireframe and Mesh, CAD Only, Mesh Only) теперь работает на основе объемов.
Команда Отменить все (Undo All) может теперь восстанавливать исходное состояния для команд Сборка (Assembly) и Пересечение (Intersection (Boolean)).
Новая команда Отменить удаление (Undo Delete) осуществляет возврат в исходное состояние после удаления.
Интерфейс окружения расширен методом By Point (По точке), позволяющим определить оси и положение окружения щелчком по выбранной точке. Кроме того, добавлена коническая и сферическая формы окружения.
Файлы системы ProCAST в форматах *.sm и *.mesh могут быть экспортированы из меню Export Visible (Экспорт видимого).
Возможен экспорт CAD-модели в формат STL (для QuikCAST), при котором запускается управляемый процесс построения поверхностной сетки (за исключением Сборки и Булевых операций) и каждый объем экспортируется в отдельный файл STL для QuikCAST.
Улучшен экспорт в формат STL. Предоставляется опция экспорта каждого объема в отдельный файл STL, сохраняется сопряжение сетки на граничащих поверхностях, поддерживается экспорт CAD-модели с разной плотностью сетки.


Экспорт CAD-модели с разной плотностью сетки

Функции создания окружения также доступны из меню 2D Mesh (2D-сетка) для создания простых фигур и сетки на них.
Усовершенствована функция создания граничного слоя: новая опция Layered Elements (Граничные элементы) выявляет элементы, ребра которых привязаны к граничным узлам (для опции Flow Check (Проверка заливаемости).
Булев алгоритм изменен для улучшения качества поверхностной сетки.
При создании поверхностной сетки для удобства определения элементов группы All Other (Все остальные) они окрашиваются в специальный цвет.
При проверке качества 2D-сетки предусмотрены две степени точности Fine (Точно) и Coarse (Грубо), позволяющие правильно исправлять сетки STL- и FE-типов.
Алгоритм построения объемной граничной сетки был изменен, чтобы улучшить качество сетки.
Добавлена новая опция для создания пятиузловых пирамидальных элементов.
Изменен однородный (Uniform) метод создания Tetra-сетки, чтобы улучшить ее качество.
В постепенный (Gradual) метод генерации тетраэдральной сетки добавлена возможность задать Source Point (Начальная точка) и максимальный размер элемента, чтобы улучшить переходы сетки и лучше контролировать размер элемента.
Диалог Source Point (Начальная точка) позволяет измельчать или укрупнять тетраэдральные элементы внутри геометрии в соответствии с указанным размером около заданной точки объема для более точного моделирования условия течения вблизи этой области.


Диалог Source Point (Начальная точка)

Алгоритм вычисления объема модифицирован для работы с разными случаями. Поддерживается случай, когда внутри полости находится другая полость.
Новый диалог объединяет различные опции, которые контролируют вычисление объема и обеспечивает его показ.


Диалог Volume Options (Параметры объема)

В окно Volume Element Size Manager добавлены новые колонки Max. Element Size (Максимальный размер элемента), Transition Factor (Фактор перехода) и Shape Factor (Коэффициент формы).


Менеджер размера объемных элементов

При импорте STL в формате ASCII игнорируется карта цветов.
В команде Сборка исправлено удаление поверхностей из-за ошибки разделения.

PreCAST

Усовершенствования, внесенные в PreCAST, переданы в Visual-Cast, который в настоящее время является основным препроцессором ProCAST.

Visual-Cast

Среда выполнения типовых операций Generic Workflow автоматизирует постановку задачи через набор блоков. Цветовая индикация блоков наглядно показывает их статус. Пошаговая схема работы ведет пользователя через необходимые этапы до полного завершения постановки задачи.
На втором шаге лицензия на процессы и сплавы фильтрует и активирует доступные для анализа опции.
При выборе опции Микроструктура вместе с выбором литейного чугуна появится Мастер выбора особенностей литейной технологии, таких, как метод модифицирования и твердость формы.


ProCAST/Visual-Cast. Среда выполнения типовых операций

Новая панель для быстрого доступа к настройкам литейного процесса.
Все новые опции теперь доступны из панели инструментов Cast.


Панель инструментов Cast

Контроль уровня расплава в литниковой чаше по минимальной и максимальной отметкам для получения скорости заливки, соответствующей практике литья.
Для активации соответствующего диалога надо щелкнуть правой кнопкой мыши на имени объема отливки в Менеджере объемов. Эта опция позволяет моделировать скорость заливки на основе высоты расплава в литниковой чаше.


Параметры контроля литниковой чаши

В базе данных материалов все позиции, содержащие свойства, сгенерированные алгоритмами CompuTherm, подсвечиваются синим цветом.
Поле примечаний материала будет содержать информацию о модели диффузии CompuTherm, использованной для генерации свойств материала.
Ввод химического состава сплава стал проще.


Редактор базы данных материалов

Поддержка операций Выборки/Наложения для полей напряжений и перемещений областей.
Опция ввода времени для выборки.
Добавить область/материал можно через меню File > Append, удалить область можно непосредственно из Проводника (Explorer), щелкнув правой кнопкой мыши и выбрав команду Delete.


Диалог Выборки/Наложения расчетных полей

В интерфейс Die Combo добавлена фаза обдува аналогично фазе орошения.
Моменты времени перегруппированы в порядке: Mold Open / Mold Close / Spray Start / Spray End / Blow Start / Blow End.
Параметры счета TBBLOW и TEBLOW добавлены между параметрами TESPRAY и TCLOSE на панели параметров счета.


Диалог интерфейса Die Combo

Добавлена поддержка моделирования полутвердых материалов (тиксолитье).
В Менеджере объемов можно вводить значение критической скорости сдвига (Shear Rate) для каждого объема.
Щелчком правой кнопки мыши на имени объема можно вызвать контекстное меню с опцией Semi-Solid Material. После выбора опции в таблицу добавляется столбец Shear Rate.


Включение опции тиксолитья в Менеджере объемов

Устранена проблема обработки условия wall (стена), когда другие условия заданы в тех же самых узлах.
Единицы в Менеджере условий процесса согласованы с единицами модели.
При выборе области входа расплава с помощью окружности отмечались узлы, лежащие на плоскостях симметрии/периодичности. Эта ошибка исправлена.
Свойства материала, рассчитанные в CompuTherm в градусах Кельвина, показывались в градусах Цельсия. Это несоответствие устранено.
Устранена проблема, возникавшая при расчете глубины виртуальной формы. Перед расчетом ее глубины рекомендуется иметь в объемах 3D-элементы.
Добавлена возможность применения функций пользователя для свойств материала, в частности, для расчета напряжений.
Когда база условий процесса обновляется за счет скорости или калькулятора ковша, обновление теперь делается корректно в направлении вектора силы тяжести.
Исправлены несоответствия при редактировании кривых.

Решатель ProCAST

Добавлен параметр счета NIYAMA [0, 1], который соответствует значению доли твердой фазы, при которой вычисляется число Ниямы.
Внедрена новая разновидность метода конечных элементов, названная edge-based FEM (EBFEM). EBFEM отличается от классического FEM только способом аппроксимации переменных параметров и дискретизацией оператора адвекции. EBFEM дискретизирует оператор адвекции, используя схемы, позволяющие достичь более высокой точности, и демонстрируя лучший характер заполнения в некоторых задачах. В частности, лучше контролируется возникновение аномалий при преждевременном заполнении литниковой чаши. Новая процедура EBFEM активируется установкой NMETHOD 2 в параметрах счета. Для перехода назад к классическому методу (FEM) нужно установить NMETHOD 0.
Внедрен новый решатель СЛАУ — AMG, адаптированный ESI для создания высокоэффективного и устойчивого решателя.
Решатель AMG работает быстрее (до 50% по мере увеличения размера модели), чем PETSC.
В решатель CAFE внедрен переработанный режим полностью совместного расчета. Новая схема рассчитывает в каждом узле КЭ-сетки энтальпию совместно с решателем теплового потока ProCAST, рост зерен в CAFE, а долю твердой фазы и температуру для энтальпии, полученной из ProCAST, c помощью новой модели микросегрегаций из MetalLib.


Сравнение неполной и полной совместных схем расчета с экспериментом

Контроль уровня расплава в литниковой чаше по заданным нижней и верхней границам для регулировки расхода в соответствии с практикой литейного производства.
Параметры счета FREESFBALL и WALLF могут задаваться теперь функцией времени, что позволяет лучше моделировать движение поршня при ЛПД.
В интерфейс Die Combo добавлена фаза обдува для учета обдува воздухом, который следует за фазой орошения водой при литье в кокиль.
В модель POROS 1 добавлено локальное влияние направления центробежной силы на формирование пористости в закрытых тепловых узлах для процесса центробежного литья с вертикальной осью вращения.
Добавлен параметр счета STRESS_ROBUST, чтобы использовать реальные координаты для функции формы.
Добавлена возможность задавать функцию пользователя ihtc (коэффициент теплопередачи на границе двух тел) как функцию гидростатического или контактного давления или функцию обоих давлений.
Чтобы накладывать/импортировать данные модели напряжений более эффективно, в соответствующей библиотеке ProCAST задано условие соответствия точка Гаусса — к точке Гаусса.
Новые версии PETS и платформы MPI 8.2.1 позволили повысить производительность и стабильность DMP-решателя.
Исправлена ошибка возникавшей разницы между заданной и получавшейся на первом шаге степенью заполнения (Fill Ratio).
Исправлен сброс параметра GATEFS.
Возможна обработка случая с более чем пятью граничными условиями Inlet (Вход).
Пирамидальные элементы теперь поддерживаются при использовании вью-факторов.

Visual-Viewer (Cast)

Значительно повышена производительность анимации для процессов затвердевания.
Повышена производительность при работе в многооконном режиме.
Улучшены такие операции с геометрией, как вращение, увеличение, панорамирование.
Повышена функциональность экспорта. Теперь можно экспортировать пористость или напряжения или оба поля в формате M01. Поддерживаются форматы SYSWELD, ABAQUS, ANSYS и универсальные форматы.
Тепловые узлы могут быть рассчитаны в самом приложении.
Исправлена плохая работа опции Display Pipe (Показать раковину). При выключении опции раковина продолжала отображаться.
Двойной щелчок мышью на спектре не открывал диалог спектра для копии окна. Это исправлено.
Исправлено неправильное отображение общего числа шагов в окне мониторинга расчета при перезапуске решателя.
Пористость экспортировалась в формат MO1 в неправильных единицах. Это исправлено.