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PROCAST铸造知识学习

PROCAST铸造学习

Procast 铸造模拟的基本流程为:造型——划分表面网格——MeshCAST 划分

体网格——PreCAST 设置边界条件和运行参数——DataCAST——ProCAST 解算——PostCAST,ViewCAST 处理、分析模拟结果。下面进行较为详细的说明。一.Ideas 造型与划分表面网格

1.造型(simulation + master modeler): 建模顺序为铸件,浇注系统,砂箱。

*注意直浇口面,明冒口面,和砂箱上表面必须在一个平面上。对于一般的

砂芯,可看作砂箱的一部分。

2.Partition(先选铸件,再选砂箱。)

3.划分模型的表面网格(simulation+ meshing)

4.输出面网格模型: file, export, ideas simulation universal file, 键入文件名(文件为*.unv),OK。

二.Meshcast(划分体网格)

1.在Dos窗口键入meshcast

2.File/open,文件类型选I-deas surface mesh(*.unv)

3.Check mesh, Check intersection,检查表面网格质量,提示信息显示在左下角的Message Window 中,如表面网格通过,则进入下一步,否则修改4.Tet mesher, full layer(对砂型采用no layer), gen tet mesh 5.Display Ops 下(点击bad element, Negative Jac)检查是否有坏单元和负雅各比单元。如果有坏单元,则Smoothing 优化单元(smooth 优化建议不要超

过两次),save。有些坏单元无法消除,需对表面网格进行修改。

6.Exit(生成*.mesh 文件)

三.Precast (设定材料的热物性参数,边界条件,运行参数等)

1.在文件所在的目录下键入precast *(*为文件名前缀)

2.Geometry, units(mm), meshcast *.mesh,Apply。(读入体网格文件)

3.检查几何体网格,check geom 如有错,退出,修改网格。

4.Material:首先根据具体情况定义材料, database 材料热物性数据库管理,

根据所用材料选取库中已有的材料或add 添加新材料。assign 把定义的材

料分配到不同的件上,注意选的材料前面的T 或F 符号,如果只进行温度

场模拟,则可选带T 的材料,要有流场的模拟,必须选带F 的材料。

5.Interface(不同件(如砂型和铸件)之间的界面):database(界面传热数据6.Boundary,设定边界条件:对砂型铸造,需要定义temperature(浇注温度),

heat, velocity 几个边界条件,temperature 和velocity 定义在浇口, heat 定义

冒口对环境的传热以及砂箱表面对环境的传热。此外对剖分的模型还要有symmetry(对称)定义,选择对称面时,一定要把铸件和砂型的对称面都选上。database 边界条件数据库管理,针对实际情况添加add。velocity 的定义注意u,v,w 方向的设定,即根据坐标系铁水浇注的方向。Temperature 的定义添加film coff 和ambi temp 两个参数。assign surface,分别add (Temperature, Velocity, Heat,symmetry),然后assign,

select(Temperature

和velocity 选浇口面,注意直浇道内必须有节点(建议浇道内的节点密一些);两个Heat 分别选冒口上面和砂型表面(只显示砂型,用select all 可

以全选中)。每选定一个后都要store。最后查看对应的选项的显示。7.Process 下定义Gravity,(根据坐标系设置重力加速度为9.81m/s2,方向根

据坐标系设置+或-。

8.Initial condition,初始条件设置:constant, 分别设置砂型和铸件的初始温度;

Free surface, 设定铸件对应的empty 为yes(这是模拟流场的需要,如果只模拟温度场,铸件empty 项应为No)。

9.Run parameters, 设置运行参数:units 设置结果输出的缺省单位; general (INLEV 为0, NSTEP 设置模拟的总步数,运算到此步后终止, TFINAL 设置

模拟工艺的总时间。);thermal(TFREQ, QFREQ 设置结果输出频率,即几

步一存,决定了输出温度场结果文件的大小,可设为5 或10);flow(VFREQ 同上,决定了输出流场结果文件的大小,可设为5 或10。FREESURFACE

为1 时为压力快速浇注,2 时为重力慢速浇注,砂型铸造一般设为2。LVSURF 为转换模拟模式前(考虑了浮力和收缩的影响)填充的分数,可

设为1)

10.Exit, 检查左右数字是否相等,如果前几项不等,则go back, 检查前面的设

置。最后continue。生成*d.dat(含边界条件等)和*p.dat 文件(含运行参数)。

四.运行Datacast *

五.运行Procast *

六.重开一dos 窗口,运行Prostat *,随时检查模拟中的情况。

七.运行Viewcast *(模拟结果的图像显示)

八.灵活运用Viewcast 分析模拟结果

1.首先通过转动,显示模型到合适位置。

A 可以先点击Materials, 取消砂型,以便于观察铸件的位置。

B 然后根据坐标采用快捷键X,Y,Z(或+Ctrl,+Shift)把铸件转动到合适的位置。

C 另外可通过快捷键F2,F3 放大或缩小模型以适合观察。

D 采用VIEW ,HIDDEN 命令有助于观察。

2.查看温度场结果。

A Contour, thermal,temperature(温度场)。

B 设置动画显示的频率,Steps, start=0,end=最后一步,freq=1(实际根据前面Precast 中运行参数的设置的步数输出)。

C 控制连续或单步输出,在PARAMETERS 下,循环单击CONTINUOUS 和SINGLE-STEP。

D 最后VIEW, PICTURE。

注意,此时的温度场云图只是在铸件的表面。在后面将学会如何观察铸件内部的温度场。

3.改变颜色条,改变显示单位,观察自由表面。

A Viewcast 可根据结果缺省给出颜色条。用户为了观察特定区域特定温度场结果,可以自己半自动和全手动设置颜色条。如下,PARAMETERS,SEMI-AUTO(BASE=设置的最低值,DELTA=各颜色条之间的间隔值)或MANUAL(手动设置各颜色条对应的温度值)。

B 可以改变显示的温度单位。如采用摄氏度或华氏温度。PARAMETERS,UNITS(单击Temperature 在各温度单位间转换)。

C 观察自由表面前沿。PARAMETERS,FREE SURFACE。

D 最后VIEW, PICTURE。

4.使用单步显示。

A 如前所示PARAMETERS, 循环单击在CONTINUOUS 和SINGLE-STEP 间转换。单步显示可以按照自己设定的步骤显示结果并在感兴趣的画面详

细观察,或保存。(ST 表示存储一个重放文件,G 表示存储一个GIF 格式图片,P 表示存储一个PostScrip 格式文件。单击向前、向后按钮可以显

示不同步骤的画面。

B 最后VIEW, PICTURE。

5.观察有色矢量结果。流场速度、温度梯度等结果可以采用矢量箭头来观察。

A Contour,NONE。

B VECTOR, FLUID VELOCITY。

C 矢量箭头的颜色缺省为白色,可以改变其颜色。PARAMETERS, COLOR VECTORS, MAGNITUDE。

D 最后VIEW, PICTURE。

如果矢量箭头太大或太小,观察时可以通过敲击Ctrl+B 键使其变大,Ctrl+S 键使其变小。

6.观察固相分数结果。

A 固相分数结果显示了金属从液相向固相凝固的情况。颜色条0 表示全液相,1 表示全固相。固相分数结果可以帮助分析哪些地方有可能出现收

缩,拉伸或其它结果。Contour,THERMAL, FRACTION SOLID。

B 使用Reverse Video,使背景成为白色,有利于结果的打印。Parameters,REVERSE VIDEO。

C 最后VIEW, PICTURE。

7.使用Cut-off 功能。CUT-OFF 结合某些云图或矢量结果,可以提供铸件内部的信息。下面是结合FRACTION SOLID,观察留在铸件内液体的情况。

A Contour,THERMAL, FRACTION SOLID。

B PARAMETERS, CUT-OFF(击成Blow,键入值0.75 并回车)。

C 最后VIEW, PICTURE。

你会看到在一定的步数下液相(即固相份数低于75%的部分)在铸件内部

的存在情况。

8.看铸件的内部截面。

A View, xyz planes 可分别选不同的X, Y, Z截面,再点击前面的X, Y, Z按钮成红色,然后Picture。

B View, Any plane, New, 创建任一位置截面显示。

9.缩孔缩松观察。

要有缩孔缩松结果,Precast 设置中必须有两个条件:一是Run Parameters 的Thermal 中的POROS 参数设为1 或3,此值一般为缺省值。二是材料的物性参数中的density 必须是温度的函数。

A CONTOUR, THERMAL, shrinkage POROSITY。

B 最后VIEW, PICTURE。

10.观察凝固时间。

铸件不同部位从浇注开始到凝固完成的时间也可以以云图的形式显示。为

了正确的显示凝固时间,必须把观察的开始步设成存储的最后一步,如模

拟的最后一步为1548 步,文件输出频率为5 步一输出,那么应该把开始步设为1545。

A Contour,THERMAL,SOLODIFICATION TIME。

B STEPS, (Start=最后一步)

C 最后VIEW, PICTURE。

注:关于颜色条上的单位

可以通过Parameters 中的Units 来控制。长度单位缺省为cm(如应力计算

结果中的变形量)。缩孔缩松单位为百分比,固相分数单位为百分比。九.应力场的模拟

1.Precast 参数设置:一般与温度场模拟耦合进行。有几种情况:一是在建模时把砂型除去,只考虑铸件的应力计算。二是考虑砂箱的应力参数;三是

把砂型看成刚性的,即不分配应力参数给砂型。

2.第一种情况可以节省计算时间,但结果比较粗糙。把模型中的砂箱去掉,只划分铸件网格。经过meshcast 后,读到Precast 中。定义并分配Material, 注意材料前面的F 应改为T,然后Stress 定义并assign。Boundary 中定义heat,并分配到整个铸件表面,注意heat 定义中的AMBIENT TEMP 应为

砂箱温度,可设为200~300 摄氏度(粗略),symmetry(如果有剖分面的话)。Initial Cond 中设温度,Empty 为No。在Run Parameters 中的STRESS 设为1,SFREQ 设为5 或10(几步一存,决定结果文件大小。)Flow 中的FLOW 设为0。Exit, Continue, Datacast *, 运行procast *。

3.第二种情况模拟的结果比较与实际情况接近。参数设置从前,把砂型的应力参数分配上。这样计算时能充分考虑到砂型对铸件阻碍产生的应力,铸

件收缩产生的气隙而导致的传热状况改变也被充分考虑到。砂型中的应力

状况也能被计算。

4.第三种情况,在Precast 的Material,Stress 中设砂箱为刚性,即在Assign 时只分配铸件的应力参数。其它同前。在此情况下,砂型中的应力状况不

能被模拟。

5.Viewcast 分析应力场。

1、Procast充型98停止的问题

如果Procast是以软件默认设置的参数(重力铸造)进行计算,则最后的充型结果就只能是充型98%。如果想完全充满,则可更改控制参数:Runparameters->Flow—>LVSURF的参数值为1。

2、关于缩孔缩松的判断

对于shingkage porosity的使用,一般认为空隙率大于1%的为缩孔,小于1%的为缩松。但还应该根据其他场的分布变化情况来综合分析,而不能单纯的依靠该判据。

3、如何在老版本中观察新版本的计算结果

使用新版本进行模拟计算,并且保存了最后的视图,当该结果在老版本中打开时看不到任何试图。

解决办法:删除工作目录中的*.lv文件(保存最好显示视图的文件)。

4、meshcast与其他CAD软件的接口

igs、step、stl是meshcast的标准cad软件接口文件。

解决办法:

1)输出文应为meshcast能够识别的相应类型。如*.stp---->>>>*.step; 2)meshcast一般只支持ASCII类型的parasolid格式文件,即*.x_t

3)有些CAD软件(SolidWorks)输出的文件后缀都为大写,在读入meshcast 前必须改为小写。

如*.STEP---->>>>*.step和*.IGS---->>>>*.igs

5、meshcast——intersections的处理

1)使用check intersections 按钮检查,可能存在的交叉网格。

2)在input window中输入结点序号,使用delete conn 按钮删除与该点相连的单元。

3)点击inactive nodes按钮,选择要缝合crack的结点序号,并输入到input window中,点击

connect crack按钮,完成自动缝合。

procast网格修改

一、面网格:

1、蓝边

方法一:合并边

方法二:加边到面

2、未划分网格(红星)

缺口:缝合

悬臂:缝合

小碎边:dele/merge缝合

3、坏网格

狭长边:剪切周围长边

多余面:先删除面号,再删除边

二、体网格

1、提供了自动修复功能,但必须先选择需自动修复的区域,整体是无法自动修复的。

2、自动修复无法完成的,进行人工修复,主要是注意交叉网格和坏网格,可增删网格单元。

Procast相关参数设置一览

PRECAST中参数的设置

(USER PRE-DEFINED RUN PARAMETER)

一. GENERRAL

1.)STANDARD

NSTEP 2000 定义模拟时间总步数,时间步数达到该步数时,模拟终止TFINAL 1 0.00000e+000 定义ProCAST模拟时间(如同时定义TFINAL 和NSTEP,哪个先达到,按哪个终止模拟)

TSTOP 2 0.00000e+000 定义模拟分析终止温度

INILEV 0 定义初始步数,第一次模拟INILEV=0,如继续某一步数模拟,INILEV=继续模拟步数,(该步长数必须为输出步长的整数倍)。

DT 1 1.00000e-002 定义时间初始时间步长

DTMAX 1 1.00000e+000 定义最大时间步长

TUNITS 2 (K C F)温度输出单位

VUNITS 1 速度输出单位

PUNITS 5 压力输出单位

QUNITS 1 热流输出单位(这几项是设置单位的,数字对应着可选项的顺序数)

2)ADVANCED

NRSTAR 5 定义允许重新计算次数

NPRFR 1 定义xxp.out文件输出频率

PRNLEV 0 定义输出节点某项结果,默认值=0

=0,不输出=1,输出节点速度=8,输出节点压力=16,输出节点温度

=64,输出节点涡流强度=128,输出节点涡流分散率=1024,输出节点位移

=8192,输出面热流=32768,输出节点磁热能SDEBUG 1 定义调试信息,默认值=1

=0,不记录调试信息=1,在xxp.out文件中记录求解情况、时间步长控制、自由面模型

AVEPROP 0 定义计算每个个单元属性方法

=0,计算每个高斯点属性=1,计算单元中心属性,以其作为整修单元平均值

CGSQ 0 定义CGSQ求解,默认值=0 =0,使用默认TDMA求解

=1,使用CGSQ求解U方程=2,使用CGSQ求解V方程

=4,使用CGSQ求解W方程=16,使用CGSQ求解能量方程

=64,使用CGSQ求解涡流强度方程=128,使用CGSQ 求解可压缩流动密度方程

LUFAC 1 定义CGSQ求解预处理参数

DIAG 16384 对于对称求解,定义DIAG求解项(diagonal preconditioning flag)

=0,对所有采用Cholesky预处理=8,对压力采用DIAG预处理=16,对能力采用DIAG预处理=16384,对辐射采用DIAG 预处理

NEWTONR 打开能量方程NEWTON Raphson开关

USER 0 定义用自定义参数

TMODS 2.00000e+000 定义一般步数,时间步长修正因子,如当前时间步长≤NCORL,后继时间时间步长=当前时间步长*TMODS;如当前时间步长≥NCORL,后继时间步长=当前时间步长/TMODS

TMODR 5.00000e-001 定义重新计算时间步长修正因子,TMODR值小于1,如果不收敛,重新计算步长=当前步长*TMODR CONVTOL 1.00000e-004 定义非对称TDMA求解收敛误差二. THERMAL

1)STANDARD

THERMAL 1 =1,执行热分析模拟,并将温度选为基本变量TFREQ 10 定义温度数据输出频率

POROS 1 定义是否执行缩松/缩孔模拟分析

=0,不执行缩松/缩孔模拟分析

=1,执行缩松/缩孔模拟分析

=2,执行缩松/缩孔模拟分析,并与溶解气体有关MACROFS 7.00000e-001

PIPEFS 3.00000e-001

GATEFEED 0

2)ADVANCED

QFREQ 10000 定义热量数据输出频率

USERHO 1

FEEDLEN 3 5.00000e+000

MOBILE 3.00000e-001 定义活动因子,该参数是液态自由面失去流动性的临界值,默认值为0.3

LINSRC 0 微结构分析时,定义source term线性化参数

CONVT 1 1.00000e+000 定义温度收敛判据,定义值不应超过液固相区

TRELAX 1.000e+000 定义温度驰预参数,该参数用于计算某一预测步长对温度场的初始假设,默认值为1

CRELAX 1.00000e+000 定义热容释放参数

CLUMP 1.00000e+000 定义电容矩阵团因子

CINIT 3.00000e-001

三.FLOW

1)STANDARD

FLOW 3 —定义是否执行流动分析,如果材料属性为非“F”默认值为0,如果材料属性为“F”,默认值为1

=0,不执行流动分析=1,执行流动分析

=3,填充时执行流动分析,但当充满后,且NCYCLE=1时,只执行热分析

=5,利用边界单元法,计算势流

=9,填充时执行流动分析,但当充满后,且NCYCLE>1时,只执行热分析FREESF 1 定义自由面模型,默认值为0

=1,自由面在动力作用下的快速填充模型=2,自由面在重力作用下的慢速填充模型

=3,1和2混合模型,根据作用条件,在1和2之间转换

GAS 0 —定义是否考虑气体影响,默认值为0

=0,不考虑气体影响=1,考虑气体影响

VFREQ 10 定义速度数据输出频率

PREF 7 1 定义参考压力,该压力是为将绝对压力转换为高斯压力而从边界条件压力中减去的部分,该参数应用于有气体、由压力界条件驱动的流动、有出气孔、有进气孔的情况。例如,由一个大气压的压力边界条件驱动的流动,边界条件应定义为2atm,PREF=1atm

PINLET——定义压力驱动入口,输入整数值,默认值为0

LVSURF 9.80000e-001 定义模型由充型向由收缩和弹性引起的平流模型转换,一般假设自由面垂直于重力加速方向。LVSURFW值代表铸件模型充满的体积分

COURANT 1.00000e+002 定义时间步长的递增约束(courant limit),该参数只用于流动分析,如果COURANT=1,调整时间步长,以便流体在该时间步长时,前进距离不超过一个单元长度。一般定义COURANT在10和50之间。对与压缩流,COURANT=0.5

2)ADVANCED 1

WSHEAR 2 定义是否应用铸件壁剪切方程,铸件壁剪切方程将非滑动边界条件转换为铸件壁牵引条件

WALLF 8.000000e-001

PLIMIT 5 1.00000e+020 定义压力切断开关,当压力超过给定值时,切断速度入口,此参数对于发生冷隔时作用较大,否则,即使无空间填充,质量和压力也增加