ProCast

Разработчик: ProCAST разработан компаниями UES Inc.США), Calcom SA(Швейцария). С 2003 года правообладателем является ESI Group (Франция).

Сайт разработчика: http://www.esi-group.com/

Тип сетки: МКЭ

Пользователи в России:

ФГУП «ММПП “Салют”», г.Москва
Минский тракторный завод, Беларусь

Возможности:

ProCAST позволяет моделировать любую литейную технологию:

  • любая гравитационная заливка (литье в кокиль, в ПГС и ХТС, по выплавляемым моделям и т.д.);
  • литье под регулируемым давлением (литье под высоким давлением, литье под низким давлением, литье с противодавлением, литье вакуумным всасыванием и т.д.);
  • центробежное литье;
  • непрерывное литье;
  • литье по газифицируемой модели.

Основные возможности:

Наше мнение:

Procast — действительно лучшая литейная программа в мире! Она предоставляет пользователю неограниченные возможности для моделирования всех видов литья.

 

Недостатки программы:

  • высокая стоимоcть, но она оправдана возможностями программы
  • неудобный интерфейс без поддержки русского языка
  • отсутствие отчественной базы данных по материалам и сплавам. Встроенный генератор свойст дает прогноз с большими отклонениями
  • Генерация сеточной модели — основная проблема при работе с Procast. На подготовку модели технологу может потребоваться много дней для проведения одного моделирования.

Вывод:

Procast идеален для предприятий аваикосмического производства, где временные затраты (месяц и более) на оптимизацию одной отливки оправдываются достигнутыми целями. Для рядовых предприятий Procast не подходит, т.к. возможности программы в полном объеме использоваться не будут, а проведение моделирования вызовет серьезные сложности и потребует много времени.

Единственное предприятие, где работает Procast — ФГУП «Салют».  Для работы с Procast создан отдел САПР, который полностью оптимизирует процесс получения отливки, затрачивая, при этом, около месяца на одну отливку.

Общее описание:

ProCAST — профессиональная система компьютерного 3D-моделирования литейных процессов методом конечных элементов. Система работает под ОС Unix, ms Windows и позволяет моделировать практически все варианты литейных технологий, включая свободное литье в формы, литье под низким и высоким давлением, литье по выплавляемым моделям и т.д.

Моделирование литейных технологий широко используется на предприятиях, в учебных заведениях и инжиниринговых центрах. Основная задача моделирования – сокращение временных и финансовых затрат на создание и/или оптимизацию технологии производства отливки требуемого качества. ProCAST – результат более чем двадцатилетней работы профессионалов в различных областях металлургии, осуществляемой в тесном взаимодействии с реальным литейным производством.

Основа ProCAST – три решателя (solvers): гидродинамический (Flow solver), тепловой (Thermal solver) и решатель напряжений (Stress solver). В качестве дополнительных опций предлагается внушительный список модулей, расширяющих базовые возможности программы.

Почти все модули ProCAST используют для решения соответствующих дифференциальных уравнений метод конечных элементов (МКЭ). Исключение составляет 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 имеется полностью автоматический генератор 2D и 3D (тетраэдральной) конечно-элементной сетки MeshCAST. Он позволяет импортировать CAD-модели в форматах IGES, STEP и Parasolid и сеточные 2D и 3D-модели в форматах NASTRAN, PATRAN, I-DEAS и Ansys. В состав MeshCAST включено несколько алгоритмов для автоматического создания многослойных сеточных оболочек, что позволяет формировать модели керамической формы, теплоизоляционных материалов и т.п., не прибегая к моделированию в CAD-системе.

ProCAST и MeshCAST. Сеточная модель литейного блока
ProCAST и MeshCAST. Сетка керамической формы
ProCAST и MeshCAST. Шесть слоев теплоизоляции

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 Thermal solver – решатель, моделирующий тепловые явления в процессе заливки формы и кристаллизации отливки и позволяющий рассчитать 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 термических узлов в отливке, выявление мест перегрева формы, расчет усадочной раковины, расчет макропористости. Эффективно моделируется многоцикловое литье в постоянные формы (учитывается постепенный прогрев формы в процессе выпуска партии деталей).

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

Температурное поле отливки

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, упруго-пластическая, вязко-пластическая, вязко-упругая, 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.

Деформации в отливке

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.
    Моделирование структуры
  • Microstructure module – модуль расчета микроструктуры литейных чугунов и сталей. ProCAST реализует детерминистический подход к расчету микроструктуры, который позволяет прогнозировать фазообразование и 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 новые модели Phase Field и Pseudo-Front Tracking, 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 рассчитать 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. В ProCAST 2008.0 доступны два варианта модуля: Advanced Porosity Module и Advanced Multi-Gas Porosity Module.
    Пористость
  • User functions – модуль, с помощью которого возможно гибкое управление граничными условиями. User functions позволяет задать 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 полунеприрывном 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 Al сплавов возможен расчет предела текучести.
    Термодинамическое определение свойств сплава