铸造仿真软件项目建议书精编版
铸造仿真软件项目建议
书
文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
目录
1背景
长期以来，对于铸造工艺的改进主要依靠经验和试验，一直缺乏一套专业的、有效的方法和手段。模拟是控制设计、制造过程并预测产品早期服役可能出现问题的最好解决方法。当前，有限元理论已十分成熟，相应的模拟商业软件也逐步趋于成熟，并在各行各业逐步发挥其巨大的作用。
现代制造工艺越来越复杂，性能、精度要求也越来越高，依赖试验的设计手段设计费用越来越高，周期越来越长，也越来越不容易保证可靠性。而从一些发达国家的经验来看，仿真技术的应用可以大大减少试验的比重，减少了设计的盲目性，节省巨额的设计费用，设计周期也大大缩短。从我院专业发展的角度看，急需在数值仿真这一方面提高一个层次，实现我院研发能力的跨越式发展。
铸造仿真软件的开发是一项技术含量很高、专业性很强的工作，作为一个设计单位，自行开发不切实际。国内一些专业单位开发的同类产品在实用性、规范性和易用性等方面都有不足。ESI集团的ProCAST是业界领先的铸造过程模拟软件，基于强大有限元求解器和高级选项，提供高效和准确的求解来满足铸造业的需求。与传统的尝试－出错－修改方法相比，ProCAST是减少制造成本，缩短开发时间，以及改善铸造过程质量的重要的、完美的解决方案。
2铸造模拟仿真对我院的作用
引进ProCAST软件，从短期来看会提高设计和工艺制造水平，在当前在研项目中立即产生效益；而从长远来看，制造工艺计算和仿真手段的大量应用必将彻底改变我院原有的制造工艺方式，最终提高我院铸造工艺的整体水平。
2.1铸造仿真对xx室的作用
xx室目前有很多钛合金铸件的铸造过程需要模拟来解决，其主要原因是：一、采用传统的试错法，费用昂贵、周期太长；二新产品大多没有经验可以借鉴，院以工艺摸索时间比较长，尤其是一些钛合金材料。
2.2铸造仿真对铸钢厂的作用
铸钢厂目前某些件的铸造出品率不是很高，引进铸造模拟仿真软件将大大节省提高铸钢厂的铸造工艺出品率和工艺水平，大大缩短生产周期，有效的提高劳动生产率。
另外铸造模拟仿真对于我院技术的传承也很有帮助，通过仿真我们可以将铸造技术和经验进行科学的直观的描述和记录，使得过去的一些抽象的经验变为简单明了的纸面文档进行记载和保存，有利于铸造技术的延续和资源共享。
3铸造仿真软件的调研与考核
经过上述分析，铸造仿真软件的引入是十分必要的，它对我院的虚拟制造技术和铸造技术的发展将起到极大的推动作用。因此我们对市面上的铸造仿真软件进行了调研和考核。
由于我们院情况特殊，新材料较多，院以精铸和自动根据化学成分计算合金热物理性能的热力学数据库对我们显得尤为重要，而procast相对这两方面最好，而且升级及功能又最全，以及同类企业（国内如621、410、430、百慕等；国外如Alcoa, Alcan, Umicore, MKM, Selee (filters), Kawasaki steel, Mitsubishi, Pechiney, Hydro, Elkem, VAW等）的铸造CAE系统的选用情况，最终选定专业铸造软件Procast作为我院铸造仿真的工具。
4软件开发商法国ESI集团简介
ESI集团是在法国巴黎上市的世界最大最着名的CAE软件公司之一。作为虚拟测试方案的先锋，ESI集团是全球首屈一指的材料物理学数值模拟原型和制造流程供应商。ESI集团成功的关键在于使用真实材料物理特性，能够进行更真实的模拟，来代替耗时的物理样机尝试和纠错过程。
ESI集团开发了一系列完整的面向工业应用的产品，真实模拟产品在测试中的性能，精细协调制造过程与预期的产品性能间的关系，并评估环境对产品使用的影响。ESI集团主要产品分为虚拟样机、虚拟制造和虚拟环境三大类。ESI集团的产品组合，已经被工业界广泛验证并与多向价值链相结合，代表着独特的协同、虚拟工程方案，称为虚拟试验空间（VTOS），能够持续对虚拟样机进行改进。
ESI集团在军工界有大量客户，并承担了法国及欧洲众多航空航天及防务方面的咨询项目。2005财政年度的收入约为6300万欧元，在全球拥有逾近600名高层次专家。公司及其全球代理网络为30多个国家的客户提供销售和技术支援。
5Procast软件特点
背景
ProCAST自1985年开始一直由位于美国马里兰州首府Annapolis的UES Software进行开发，并得到了美国政府和诸多研究机构的大力资助。1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也加入了ProCAST部分模块的开发工作，基于其强大的材料物理背景，Calcom在ProCAST的晶粒计算模块和反向模块开发上贡献良多。
2002年，ProCAST和Calcom SA先后加入ESI集团。ESI也重新整合了其原有的热物理模拟队伍如PAM-CAST和SYSWELD，这样ProCAST（有限元铸造仿真）整合了Calcosoft（连续铸造仿真），与PAM-CAST（有限差分元铸造仿真）、SYSWELD（热处理与焊接模拟）一起组成ESI完整的材料热处理成型综合解决方案。
功能
ProCAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统，借助于ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。
ProCAST可以模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示充填不足、冷隔、裹气和热节的位置以及残余应力与变形，准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。
作为ESI集团热物理综合解决方案的旗舰产品，ProCAST是院有铸造模拟软件中现代CAD/CAE集成化程度最高的。是目前唯一能对铸造凝固过程进行热－流动－应力完全耦合的铸造模拟软件。
适用范围
模块化设计适合任何铸造过程的模拟。
高、低压铸造（high and low pressure die casting）
砂模铸造，金属型铸造和斜浇注（sand casting, gravity die casting and tilt pouring）
熔模铸造，壳模铸造（investment casting, shell casting）
消失模铸造和离心铸造（lost foam and centrifugal casting）
等等
材料数据库
ProCAST可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。
ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST 和相关热物理模拟产品的开发。得益于长期的联合研究和工业验证，使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新，同时，用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。
除了基本的材料数据库外，ProCAST还拥有铝基、铁基、钛基、镍基和铜基合金系统的热力学数据库。这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。
铜部件的低压模铸造船用发动机本体的沙模铸造ProCAST提供了能够预测评估整个铸造过程的完整软件解决方案，包括模型填注，凝固，微观构造和热力的模拟。能够快速可视化铸型设计的影响，使得制造过程的早期能够做出正确的决策。
特点和规格
ProCAST是完整的模块软件解决方案提供众多的模块和工程工具来满足铸造业最复杂的要求。在过程的每个阶段选择每个特定模块：
模填充的流体求解器包括半固体材料，消失模和离心铸造
用于凝固和收缩预测的热求解器包括辐射选项
应力求解器包括热应力和变形
而且，还可以选择一些专门和高级金属选项来预测：
气体和微孔
铁合金的微观构造
颗粒结构形式
ProCAST共有九个模块，下面分别阐述相应的功能。
模块功能示意图
网格划分与工具
MeshCAST，ProCAST 的CAD界面和网格生成器，将设计和工程阶段高效联系在一起。能够快速准备创新的设计方案，同时保证快速和可靠的计算。
主要特点
自动生成三维网格
CAD/CAE几何通过STEP, IGES, 或Parasolid格式导入
直接有限元网格导入
非常快速的网格生成
良好的网格质量和质量检查
处理复杂几何模型和多种材料
对边和表面可变的网格密度
确保流体流动分析的网格
熔模铸造的自动shell生成
网格布尔运算和网格装配
使用网格布尔运算连接不同的组件模压铸造铝合金与模
发动机体的有限元网格
使用网格装配功能合并部件网格并且自动生成新的特征线
反向模拟
ProCAST的反向模拟能够通过减小给定位置和时间上计算与测量温度的差异确定材料属性或边界条件
主要特点
确定时间和温度相关的界面系数
确定时间和温度相关的边界条件
确定时间和温度相关的材料属性
流体求解器
ProCAST提供了一个非常突出的流体流动功能来模拟填模，求解全三维N-S方程并耦合能量方程。自由表面正面跟踪方法利用体积流体方法（VOF）。可以在整个凝固过程模拟自然对流和收缩导致的流动。
主要特点
求解器全三维N-S流体流动方程
斜浇注的旋转轴
用于模拟夹气和通风的气体建模
半固体材料的非牛顿流体流动模型
过滤器模型
湍流模拟
可压流体模型
消失模模型
粒子跟踪
斜浇注应用熔模铸造
热求解器
热求解器通过考虑传导、对流和辐射能够计算传热。通过焓的形式来描述凝固和固相转变中的潜热。
主要特点
瞬态，非线性三维热传导
热对流和辐射
利用焓的形式考虑相变
孔隙预测
拉模铸造和金属型铸造
砂模铸造的虚拟浇注
大型钢部件管件收缩预测大型钢部件铸造的热应力
应力求解器
ProCAST的先进应力求解器能够进行弹性－塑性或弹性－粘塑材料特性全耦合热、流体和应力模拟。更简单的材料模型诸如弹性，vacant或刚体也能考虑。
主要特点
非线性应力分析
自动接触分配和评估（热和力）
气隙
无限的模型规模
温度相关的机械性能
辐射
辐射模块扩展了热求解器辐射的功能包括角系数的影响。这个模块对熔模铸造过程是必需的，从shell的一个区域到另一个区域的自辐射影响是非常显着的。
主要特点
包括自辐射影响的准确热分析结果
对单晶铸造自动辐射角系数更新
包括壳型预热的整个过程模拟
快速角系数计算算法
在MeshCAST中生成壳有壳层选项
气体与微透气性能
大多数模拟方案限定孔隙的预测为基于夹杂液体金属演变的宏观孔隙。这种简化方法没有考虑气体和局部收缩起点的显微孔隙度。ProCAST提供了基于显微孔隙度模拟的方法解决这种物理问题。
主要特点
显微孔隙度预测与宏观孔隙和管缩耦合
马许区(Mushy Zone)的压降
气体分离
气体溶解度作为温度和金属单元的函数
成核和气孔的生长
显微构造
ProCAST 显微模拟模块进行铸造过程中任意位置热
历程连同成核和显
微结构生长耦合模拟。
主要特点
可用的确定性模型：
等轴枝晶(DAS) （equiaxed dendritic (DAS)）
耦合共晶（coupled eutectic ）
球墨铸铁共晶(SGI)（ductile iron eutectic (SGI)）
灰口/白口铁共晶（gray/white iron eutectic ）
球墨铸铁共析（ductile iron eutectoid ）
灰口铁共析（gray iron eutectoid ）
包晶转变（peritectic transformation ） Scheil 模型（scheil model ）
铁/碳固态转变（iron/carbon solid state transformation ）
颗粒结构模拟
颗粒结构模块基于随机方法（细胞自动机（cellular automation ））和有限元（CAFé模型）的耦合，能够预测颗粒结构的凝固。
主要特点
预测柱状和等轴枝晶颗粒结构 柱状到等轴的转变 柱状结晶区颗粒选择
对单晶部件预测杂散晶体
晶体结构的演变 立体信息
颗粒结构直接可视化
铝高压铸造部件第三级活塞压力对氢气孔的影
响。受限活塞压缩（上）和高活塞压缩（下）
显示了气孔的减少
燃气涡轮叶片定向结晶的颗粒结构和颗粒christallographic
铝铸造温度分布及钢模具中的应力分布
球墨铸铁部件砂型铸造的珠光体分布
PreCAST前处理器
可以通过ProCAST图形用户界面来定义各种边界条件。这些丰富的功能能够准确模拟院有铸造情况。院选需要施加边界条件的几何区域可以通过点击和自动选择延伸执行。用户定义的数据可以是不变的，也可以随时间或温度变化。
VisualCAST专用后处理器
VisualCAST后处理器是相当强大而多样
的。全新的图形用户界面，多窗口、页面操作方式，支持脚本化操作。
VisualCAST后处理器提供了下列演变的即时过程信息：
金属前端发展（Metal front progression）
内部气泡（Air entrapments）
温度场
压力云图
凝固数据（Solidification data）
速度矢量
应力和变形
微结构值
粒子轨迹显示
VisualCAST提供很多功能来报告及显示过程结果，包括：
云图
矢量图
截面及切平面
模型边界条件定义到开始计
算工作流程是简化和直截了
当的
材料数据库的版面和属性图示
X-Y 曲线图
动画，图形及影片输出
能够轻松直接交换信息和通信，结果还可以用变化的标准格式输出到其他CAE
解
决方案中。
高压压力铸造应用的温度云图热循环模拟中的温度变化
低压铸造高压铸造
粒子轨迹示踪金属前端发展
凝固模拟部件变形金属围绕一个核的前端发展发动机缸体变形高压铸造中金属和空气的可视化结果铝合金轮毂气隙预测硬件平台
ProCAST已经过下列硬件平台的测试和验证
平台处理器操作系统图形选项
PC Intel 32 bits Windows NT
Windows 2000
Window XP
3D card OpenGL
HP PA-RISC HP-UX 3D card X11OpenGL
SGI MIPS 4 IRIX64 3D card X11 OpenGL SUN UltraSparc II &
III
SunOS 3D card X11 OpenGL IBM Power 3 & 4AIX 4.3.3 AIX 3D card X11 OpenGL COMPAQ Alpha EV6OSF1 - 3D card X11 OpenGL Linux*Intel / AMD 32
bits
Redhat 3D card Xfree86 OpenGL
6Procast软件效果预评
考题是钛合金铸件，xx室在生产过程中需要了解该铸件在现有工艺下可能出现缺陷的位置及缺陷形成原因。根据工艺室提供的铸件图纸及工艺条件，采用ESI 的ProCAST2005仿真分析软件对该铸件铸造过程进行了模拟及分析。
模拟过程共分为以下几个步骤：
三维模型建立；
网格划分；
工艺条件与计算参数；
数值计算；
结果显示；
分析及建议。
6.1三维模型建立
三维图形见图2院示，造型采用功能强大的UG 。
该零件浇注系统设计中，一次浇
铸8个铸件，采用对称排列，带工艺
的铸件形式如图3。由于整个模型是
对称结构，且各种工艺条件也对称设
置，因此数值模拟时可以仅计算1/4
结构。
图2. 铸件三维实体
完整的计算模型见图4。
6.2网格划分
将三维实体输出，并进行有限元网格划分，划分结果见图5。总节点数为387,481，其中铸件节点151,073，总单元数1,866,792。
图4. 完整三维计算模型图5. 网格划分结果
6.3工艺条件与计算参数
整个浇注、凝固过程在真空环境下完成，真空度小于。预计浇注时间，浇注温度约1720C。一次浇注8个铸件，采用两级浇道系统。
1．边界条件
3．初始条件
实际工艺中，铸型可能进行了加热处理，初始条件设为铸件材料1720C，铸型材料100C。
6.4数值计算
铸造过程模拟是一个瞬态问题，随着时间的推进计算流动形态及凝固顺序。使用配置为P4 3.4G/MEM 2G的机器进行了模拟计算。计算中可进行实时监控，了解充型及凝固进度，并可图形化显示已计算结果。
6.5结果显示
1．充型过程温度场
阀体铸件充型过程是一个随时间变化的瞬态过程，充型共完成。计算院得结果见图7院示。为清楚起见，我们取颜色标尺为1500℃～1720℃。
2．凝固过程温度场
阀体铸件凝固过程的计算结果见图8。
3．固相率分数
为了更加清楚地观察阀体铸件的凝固过程，我们同样取上述时刻下，固相分数小于的部分显示如图9。
4．缩孔缩松位置
钛合金阀体在凝固过程中收缩非常剧烈。根据以上结果，可以计算出缩孔缩松的趋势，显示如图10。图中颜色标尺表示收缩趋势或可能性，1为完全收缩成空腔，大于可认为形成或可能形成缩松缩孔。
①
②
④
③
图10. 凝固终了时缩孔缩松趋势
图中可以看出，由于钛合金凝固收缩剧烈，在一级直浇道与横浇道内收缩形成很大空腔（①）。随着凝固的进行，在铸件的厚大部位也容易形成收缩缺陷。在两侧的圆法兰圆周方向均可能出现缩孔，而在法兰顶部收缩最剧烈（②）。在底部方法兰周向，同样可能出现缩孔（③）。在阀体中部两侧管道连接处的圆台内部，由于壁厚较大，也可能出现缩孔（④）。
5．凝固时间
凝固时间同样是判断零件收缩缺陷的一种方式。一般说来，对收缩倾向比较大的铸件，后凝固的部位如果没有合适的补缩方式，则极易引起收缩缺陷。阀体凝固时间见图11。
℃
图11. 铸件凝固时间云图（仅显示超过5s部分）
凝固时间结果与缩孔判据结果基本一致，在圆、方法兰等厚大部位凝固时间更晚，容易出现收缩缺陷；浇道内部凝固更慢，会收缩成空洞。
6.6分析及建议
1．模拟结果小结
通过对钛合金阀体铸件的模拟仿真过程，可以辅助工艺设计工程师分析现有工艺条件，并根据结果改进设计条件及参数。
从模拟结果可以看出主要的缺陷为收缩产生的缩孔。根据随时间变化的结果，可以看到，在中部阀体壁面的薄壁区温度下降最快，最先开始凝固，法兰及浇道起到冒口的作用可以适当补缩，因此该区域的收缩缺陷基本是局部小量的。三个法兰由于壁厚，热量集中，因此凝固最晚。在这些厚大位置，包括圆法兰端面内部沿圆周方向（顶部可能性更大）、方法兰端面（四个角部可能性更大），出现缩孔的趋势比较显着。此外，阀体两侧管道在中部交汇，连接两个管道的圆台内部也容易出现缩孔。
2．模拟仿真过程优化方案
阀体铸件数值模拟是以目前工艺人员对实际工艺条件的估算为基础进行的，部分关键参数在实践中难以精确测得或控制，这些参数对模拟结果的影响比较大。为了使数值仿真工具成为工程技术人员有力的辅助设计工具，在日后的模拟仿真过程中可酌情采取改进措施，包括：
（1）．尽量准确地估计浇注温度及浇注时间，同时采用ProCast的反算模块（Inverse Module）与部分实测温度结果结合，反推出更精确的浇注温度变化过程；
（2）．由于材料的热物性参数多与温度变化相关，因此采用变热物性参数可使得模拟计算更加准确。包括铸件钛合金材料、铸型石磨材料等。
（3）．铸件与铸型界面的接触热阻是凝固计算中的一个关键参数，对界面换热现象目前还处于研究阶段，没有一个清楚准确的普适模型。在确定了工艺条件的基础上，采用反算模块（Inverse Module），根据实测温度曲线与计算温度曲线对比，同样可以较为准确地得到铸件/铸型间的换热系数。
3．工艺过程改进建议
以现有模拟分析结果为基础，对铸造工艺得出一些改进意见：
（1）．在圆法兰的顶部，考虑采用一定形式的冒口进行补缩。在法兰端面添加冒口，可使该部位的收缩缺陷得到一定程度缓解。缺点是由于钛合金比较昂贵，冒口容易造成材料浪费。
（2）．在法兰等厚大部位，考虑添加加快冷却的工艺。如在铸型中贴近法兰的部位增加冷铁，并与石墨一起成型。该方法操作比较麻烦，且由于石墨本身导热效果较好，冷铁会起到一定作用，但并不一定非常明显。
（3）．考虑增加圆法兰与横浇道接触形式，使得该横浇道凝固缓慢，对圆法兰顶部起到补缩作用。
xx室的工艺人员对模拟结果比较满意，认为与实际非常接近，对于院得出的建议认为比较中肯，整个模拟结果对该项目的进展起了很大的推动作用。
7Procast软件在我院使用构想
7.1铸造模拟解决方案使用部门
根据我院需要解决的铸造问题及其对于全面解决铸造问题的整体规划出发，由我院铸造生产及模拟解决流程简图可以看出，需要xx室和铸钢厂工作人员加入
到铸造模拟流程中来。
图1铸造生产及模拟解决流程简图
铸造模拟解决方案硬件需求
(1)License服务器主要作用是管理铸造解决方案中院有软件的license文件，为院有的台式机和计算工作站提供license授权服务。
(2)计算工作站主要作用是进行计算求解。在实际使用过程中，当需要计算的模型的计算量不大时，可以直接在本机台式机上计算求解；当需要计算的模型计算量很大时，需要把计算文件提交到专门的计算工作站上进行计算求解，使用过程是在本机工作站远程登陆控制计算工作站，然后利用计算工作站进行需要的计算，计算完成后把计算结果取回来进行本地后处理和生成计算报告。
铸造仿真软件项目建议书
铸造仿真软件项目建议 书 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
目录 1背景 长期以来，对于铸造工艺的改进主要依靠经验和试验，一直缺乏一套专业的、有效的方法和手段。模拟是控制设计、制造过程并预测产品早期服役可能出现问题的最好解决方法。当前，有限元理论已十分成熟，相应的模拟商业软件也逐步趋于成熟，并在各行各业逐步发挥其巨大的作用。 现代制造工艺越来越复杂，性能、精度要求也越来越高，依赖试验的设计手段设计费用越来越高，周期越来越长，也越来越不容易保证可靠性。而从一些发达国家的经验来看，仿真技术的应用可以大大减少试验的比重，减少了设计的盲目性，节省巨额的设计费用，设计周期也大大缩短。从我院专业发展的角度看，急需在数值仿真这一方面提高一个层次，实现我院研发能力的跨越式发展。 铸造仿真软件的开发是一项技术含量很高、专业性很强的工作，作为一个设计单位，自行开发不切实际。国内一些专业单位开发的同类产品在实用性、规范性和易用性等方面都有不足。ESI集团的ProCAST是业界领先的铸造过程模拟软件，基于强大有限元求解器和高级选项，提供高效和准确的求解来满足铸造业的需求。与传统的尝试－出错－修改方法相比，ProCAST是减少制造成本，缩短开发时间，以及改善铸造过程质量的重要的、完美的解决方案。
2铸造模拟仿真对我院的作用 引进ProCAST软件，从短期来看会提高设计和工艺制造水平，在当前在研项目中立即产生效益；而从长远来看，制造工艺计算和仿真手段的大量应用必将彻底改变我院原有的制造工艺方式，最终提高我院铸造工艺的整体水平。 2.1铸造仿真对xx室的作用 xx室目前有很多钛合金铸件的铸造过程需要模拟来解决，其主要原因是：一、采用传统的试错法，费用昂贵、周期太长；二新产品大多没有经验可以借鉴，院以工艺摸索时间比较长，尤其是一些钛合金材料。 2.2铸造仿真对铸钢厂的作用 铸钢厂目前某些件的铸造出品率不是很高，引进铸造模拟仿真软件将大大节省提高铸钢厂的铸造工艺出品率和工艺水平，大大缩短生产周期，有效的提高劳动生产率。 另外铸造模拟仿真对于我院技术的传承也很有帮助，通过仿真我们可以将铸造技术和经验进行科学的直观的描述和记录，使得过去的一些抽象的经验变为简单明了的纸面文档进行记载和保存，有利于铸造技术的延续和资源共享。 3铸造仿真软件的调研与考核 经过上述分析，铸造仿真软件的引入是十分必要的，它对我院的虚拟制造技术和铸造技术的发展将起到极大的推动作用。因此我们对市面上的铸造仿真软件进行了调研和考核。
procast在铸造中的应用
对于我们学铸造专业的学生来说，掌握几款铸造方面的软件是很有必要的，有了一定的软件基础在以后的铸造设计、模拟中都是很有用的。下面介绍下ProCAST软件在铸造中应用。 一、概述 ?ProCAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统，借助于ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。 ?ProCAST可以模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示充填不足、冷隔、裹气和热节的位置以及残余应力与变形，准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。 ?作为ESI集团热物理综合解决方案的旗舰产品，ProCAST是所有铸造模拟软件中现代CAD/CAE集成化程度最高的。它率先在商用化软件中使用了最先进的有限元技术并配备了功能强大的数据接口和自动网格划分工具。 ?全部模块化设计适合任何铸造过程的模拟； ?采用有限元技术，是目前唯一能对铸造凝固过程进行热－流动－应力完全耦合的铸造模拟软件； ?高度集成。 二、发展历程 ?Procast自1985年开始一直由位于美国马里兰州首府Annapolis的UES Software进行开发，并得到了美国政府和诸多研究机构的大力资助。为了保证模拟的精度，Procast一开始就采用有限元方法作为模拟的技术核心。 ?1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也加入了Procast部分模块的开发工作，基于其强大的材料物理背景，Calcom在Procast 的晶粒计算模块和反求模块开发上贡献良多。 ?2002年，Procast和Calcom SA先后加入ESI集团，并重新组建为Procast Inc. (美国马里兰州)和Calcom ESI (瑞士洛桑)。ESI也重新整合了其原有的热物理模拟队伍如PAM-CAST和SYSWELD，这样Procast（有限元铸造仿真），PAM-CAST（有限差分元铸造仿真）, Calcosoft（连续铸造仿真）和SYSWELD （热处理与焊接模拟）一起组成ESI完整的热物理综合解决方案。 三、适用范围 ?砂型铸造、消失模铸造; ?高压、低压铸造; ?重力铸造、倾斜浇铸; ?熔模铸造、壳型铸造; ?挤压铸造; ?触变铸造、触变成型、流变铸造。 由于采用了标准化的、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCASTTM进行分析和优化。它可以用来研究设计结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。实践证明ProCASTTM可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。 四、材料数据
常用五金重量计算公式
常用金属材料重量计算公式 正方形和长方形(矩形)截面碳钢: 每米重量单位: kg/m(千克/米) & lb/ft(磅/英尺) 公式:kg/m = (Oc - 4Wt) * Wt * 0.00785 其中：Oc是外周长，Wt是壁厚；正方形Oc=4*a 长方形Oc=2a+2b a,b是边长 一，金属材料的理论重量计算方法 (单位：公斤) 角钢：每米重量=0.00785*（边宽+边宽-边厚）*边厚 圆钢：每米重量=0.00617*直径*直径(螺纹钢和圆钢相同) 扁钢：每米重量=0.00785*厚度*边宽 管材：每米重量=0.02466*壁厚*（外径-壁厚） 不锈钢管：（外径-壁厚）×壁厚×0.02491=公斤/米 板材：每米重量=7.85*厚度 黄铜管：每米重量=0.02670*壁厚*（外径-壁厚） 紫铜管：每米重量=0.02796*壁厚*（外径-壁厚） 铝花纹板：每平方米重量=2.96*厚度 有色金属比重：紫铜板8.9黄铜板8.5锌板7.2铅板11.37 有色金属板材的计算公式为：每平方米重量=比重*厚度 二，弯头重量计算公式 圆环体积=2X3.14X3.14(r^2)R r--圆环圆半径 R--圆环回转半径 中空管圆环体积=2X3.14X3.14((r^2)-(r’^2))R r’--圆环内圆半径 90，60，45度的弯头（肘管）体积分别是对应中空管圆环体积的1/4、1/6、1/8。 钢的密度工程上计算重量时按7.85公斤/立方分米，密度*体积=重量（质 量）。 1、180°弯头按表2倍计算，45°按1/2计算； 2、R1.0DN弯头重量按表2/3计算； 3、表中未列出壁厚的重量，可取与之相近的两个重量计算平均值； 4、90°弯头计算公式； 0.0387*S(D-S)R/1000 式中 S=壁厚mm D=外径mm R=弯曲半径mm 二，以下是焊接弯头的计算公式 １.外径-壁厚X壁厚X0.0387X弯曲半径÷1000, ＝９０°弯头的理论重量 举例：４２６*１０９０°Ｒ＝１.５Ｄ的 （４２６-１０）*１０*０.３８７*Ｒ６００÷１０００＝９６.５９Ｋg 180°弯头按表2倍计算，45°按1/2计算； ２..（外径-壁厚）X壁厚X０.０２４６６XＲ倍数X１.５７X公称通径＝９０°弯头的理论重量举例：举例：４２６*１０９０°Ｒ＝１.５Ｄ的 （４２６-１０）*１０*０.０２４６６*１.５Ｄ*１.５７*４００＝９６.６Ｋg 180°弯头按表2倍计算，45°按1/2计算。 三、方钢管公式：4x壁厚x(边长-壁厚)x7.85
材料模拟与计算 Asignment5
完成下面两个练习，提交截图 1.QM/MM calculation of the SW1 defect formation energy for a carbon Purpose: Introduces how to use the QMERA module in Materials Studio. Special attention is paid to preparing the system and which type of embedding scheme to use. Modules: Materials Visualizer, QMERA Time: Prerequisites: None The Stone-Wales (SW) defect is a common defect on carbon nanotubes that is thought to have important implications for their mechanical properties (see Andzelm et al., 2006). The 90° rotation of two carbon atoms around the midpoint of the C-C bond transforms four hexagons into two pentagons and two heptagons. This substructure is known as Stone-Wales defect. In this tutorial you will calculate the formation energy of a nonchiral SW defect (SW1). The following steps will be covered here: Getting started QM region definition QMERA calculation Analysis of results Note: In order to ensure that you can follow this tutorial exactly as intended, you should use the 1. Getting started Begin by starting Materials Studio and creating a new project. Open the New Project dialog and enter Stone-Wales as the project name, click the OK button. The new project is created with Stone-Wales listed in the Project Explorer. 2. Structure preparation The first thing you need to do is prepare the structure of the single-walled nanotube (SWNT). Select Build | Build Nanostructure | Single-Wall Nanotube from the menu bar. Change the N and M indices to 8 and 0 respectively. This corresponds to a nanotube of 6.26 ? diameter.
铸造过程模拟仿真
铸造过程模拟仿真 1、概述 在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。 凝固过程数值模拟可以实现下述目的： 1）预知凝固时间以便预测生产率。 2）预知开箱时间。 3）预测缩孔和缩松。 4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。 5）控制凝固条件[1]。 为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础，温度场模拟技术的发展历程最长，技术也最成熟。温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。所采用的计算方法主要有：有限差分法、有限元法、边界元法等；所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法；潜热处理方法有：温度回升法、热函法和固相率法。 自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路，在全世界范围内产生了积极的影响，许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。在铸造工艺过程中，铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单，因此，各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。继丹麦人之后，美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究，且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好；进入70年代后，更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中，相继开展了有关研究与应用，理论研究与实际应用各具特色。其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。我国的铸件凝固过程温度场数值模拟研究始于70年代末期，沈阳铸造研究所的张毅高级工程师与大连工学院的金俊泽教授在我国率先开展了铸造工艺过程的计算机数值模拟研究工作，虽然起步较晚，但研究工作注重与生产实践密切结合，取得了较好的应用效果，形成了我国在这一研究领域的研究特色[2]。 1988年5月，在美国佛罗里达州召开的第四届铸造和焊接计算机数值模拟会议上，共有来自10个研究单位的从事铸造凝固过程计算机数值模拟技术研究的专家和学者参加了会议组织的模拟斧锤型铸件凝固过程的现场比赛。由于该铸件在几何形状上属复杂类型，模拟计算有一定的难度。从比赛结果看，绝大部分的模拟结果与实际测温结果相吻合。此次比赛得出如下结论[8]： l）铸件凝固过程的计算机模拟达到了相当的水平，如三维自动刻分、三维模拟计算、三维温度场显示等，并产生了一些软件包，如日立公司的HICASS、丹麦的Geomesh、大阪大学的SOLAM及亚琛的CASTS等。 2）模拟计算的结果都接近实测，这说明有限差分、有限元和边界元这三种计算方法对温度场计算都能满足精度要求，同时也说明了铸件凝固过程温度场计算机模拟计算技术已趋成熟。
铸造模拟软件MAGMA操作教程
CAD Model Preprocessor Meshing Parameters Postprocessor Analysis Decision 一、基本操作流程 图（1_1） 建构正确的实体模型是进行分析工作的关键。把实体分为不同的组，转换为.stl 档，为MAGMA 分析做好准备。如图（1_1）所示：黑色字体是使用MAGMA 的操作步骤；红色字体是分析的前期工作和后期对策。 二、ＭＡＧＭＡ的操作 １、创建专案 建构实体模型 模流前处理 实体切网格 参数设定 模流后处理 结 果 分 析 相 应 对 策
图（2_1） 图（2_2） 图（2_3） 图（2_4） 图（2_5） 说明： 图（2_1）打开桌面图标 project 菜单 create project 出现新对话框 图（2_2）选择Iron casting 铸铁模组 选择结果存放路径（MAGMAsoft 下） 取解析方案名称 回车键 OK 出现新对话框 图（2_3）默认系统选择直接按红框所标的键，直到图（2_4）,按OK 键结束创建 专案操作。如图（2_5）的路径，把建立好的.stl 档存在CMD 文件夹下。 ２、前处理 2－1 、材质群组介绍 专案名称 .stl 档
图（2_6） 在载入时一定要确保重力方向向上，如图（2_6）所示。一般在实体建模时便给出正确的重力方向。如果方向错误也可在MAGMA 内修改。（见后面说明） 砂模可以在建构实体时绘出，也可以在MAGMA 内绘制出。后面有进一步说明。 2－2、OVERLAY 原理 图（2_7） 图（2_8） 在建构实体时有一些区域重合。如图（2_7），ingate 连接cast 和gating ，其和两者都有交接的部分。我们希望各部分独立不干涉，保证分析的精确。利用overlay 原理切割重合区域。如图（2_8）排在前面的ingate 被排在后面的gating 和cast 切割。在载入．stl 档后需利用此原理进行排序。 2－3、载入．stl 档 接上动把.stl 档存在CMD 文件夹下后，在创建专案的界面（图（2_1））按下preprocess 键， CA VITY INSERT CAST INGATE GATING 1. CAST 2. INGATE 3. GATING １、 砂模（sandm ） ２、 灌口（inlet ） ３、 浇道（gating ） ４、 浇道（gating ） ５、 冒口（feeder ） ６、 冒口（feeder ） ７、 入水口（ingate ） ８、 入水口（ingate ） ９、 砂芯（core ） １０、 冷铁（chill ） １１、 铸件（cast ） Inlet Gating Gating Feeder Core chill Ingate Z 轴正向 CA VITY INSERT CAST INGATE GATING 1. INGATE 2. GATING 3. CAST 排序
ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用_胡红军
ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用Function of FEM Software ProCAST and Application in Casting 胡红军 (重庆工学院材料科学与工程学院,重庆400050) 摘 要:介绍了商品化有限元软件P ro CA ST的组成模块、功能以及在铸件成形、缺陷预测方面的应用。 关键词:有限元模拟;Pr oCA ST;凝固模拟;缺陷预测 中图分类号:T G244 文献标识码:B 文章编号:1001-3814(2005)01-0070-02 Pr oCAST软件从1985年开始将最先进的有限元技术用在铸造模拟中,有效地提高了铸造工艺的正确性。借助于ProCAST系统,铸造工程师在完成铸造工艺编制之前,就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案,通过对金属流动过程的模拟,可以精确显示浇不足、冷隔、裹气和热节的位置及残余应力和变形的大小,准确地预测缩孔缩松和微观组织。 1 ProCAST软件的组成模块 Pro CA ST是针对铸造过程进行流动-传热-应力耦合作出分析的系统,共有8个模块,用户可以比较灵活地租用或购买这些模块。对于普通用户,一般应有传热分析及前后处理、流动分析、应力分析和网格划分等基本模块。对于铸造模拟有更高要求的用户则需要有更多功能的其它模块,例如热辐射分析,显微组织分析,电磁感应分析,反向求解,应力分析等模块。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。 2 ProCAST软件的特点 2.1 可重复性 即使一个工艺过程已经平稳运行几个月,意外情况也有可能发生。由于铸造工艺参数繁多而又相互影响,因而在实际操作中长时间连续监控所有的参数是不可能的。任何看起来微不足道的某个参数的变化都有可能影响到整个系统,但又不可能在车间进行全部针对各种参数变化的试验。ProCAST可以让铸造工程师快速检查每个参数的影响,从而得到可重复的、连续平稳生产的参数范围。 2.2 可虚拟试验 在新产品市场定位之后,就应开始进行生产线的开发和优化。ProCAST可以虚拟试验各种革新设计而取之最优。因此大大减少工艺开发时间,同时又把成本降到最低。 2.3 灵活性大 ProCAST采用基于有限元法(FEM)的数值计算方法,与有限差分法相比,具有较大的灵活性,特别适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象。 2.4 模拟功能强大 ProCAST作为针对铸造过程进行流动、传热、应力求解的软件包,能够模拟铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象。在铸造过程分析方面,ProCAST提供了能够考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响,能够模拟出气化模铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程,并且对注塑、压制腊模、压制粉末等的充型过程进行模拟;在传热分析方面,ProCAST能够对热传导、对流和辐射等三种传热方式进行求解,尤其是引入最新“灰体净辐射法”模型,使ProCAST擅长于解决精铸及单晶铸造问题;在应力分析方面,通过采用弹塑性和粘塑性及独有的处理铸件/铸型热和机械接触界面的方法,使其具有分析铸件应力、变形的能力;在电磁分析方面,Pro CA ST 可以分析铸造过程所涉及的感应加热和电磁搅拌等。以上的分析可以获得铸造过程的各种现象、铸造缺陷形成及分布、铸件最终质量的模拟和预测。 2.5 界面人性化 ProCAST的前后处理完全基于Window s的用户界面,通过提供交互菜单、数据库和多种对话框完成用户信息的输入。ProCAST具有全面的在线帮助,具有良好的用户界面;通过提供和通用机械CAD系统的接口,可直接获取铸件实体模型的IGES文件或通用CAE系统的有限元网格文件;可以将模拟结果直接输出到CAD系统接口,尤其可以通过I-DEAS直接读取 70 APPLICATION Hot W orking Technology 2005No.1 收稿日期:2004-10-27 作者简介:胡红军(1976-),男,湖北人,讲师,硕士,现从事材料成型 CAD/CAE软件研究和开发。
Magma铸造CAE模拟
Magma操作 STL导入 点击“preprocessor”进入“MAGMApre”界面，依次导入相应的构件，保存。
Mesh划分网格 如上图所示，Magma共提供以上四种划分网格方法：自动划分、标准划分、高级、高级2。其中，自动划分是指用户自己制定划分的总的网格数，Magma自动进行适当的调整划分实体，标准划分是指铸型等不需要很高精度的部分进行的一种比较粗略的划分，如果需要对某一部分进行更细的划分，那么用户可以在“高级”中进行制定网格大小，甚至可以在“高级2”中对更进一步的某些部分进行更细的网格划分。 自动划分是用户可以制定计算部分的大约网格数、是否生成壳、是否核心划分、是否针对解法5进行划分。 Solver5是一种针对复杂结构铸件的网格划分方法。 1.2.4 网格划分 1.根据网格总量划分 1）打开选择功能表enmeshment,则mesh generation的视窗就出现； 2）选择automatic ,输入网格总数量； 3）选择generate 划分。
按照网格总数划分 2.根据单元网格三维尺寸划分 标准高级更高级 1）操作步骤： （1）选择功能表enmeshment,则mesh generation的视窗即出现；
（2）选择standard模式定义标准的网格化参数(如图 1.2.4-2)； （3）若standard模式不符划分需求,选择advanced和advanced2模式 ,来局部区域细分； 依据个人需求,改变预设的参数,参数说明后面3）中叙述。 （4）选择calculate,测试产生网格数； （5）假如接受测试结果,选择generate正式产生网格。 网格数量 2）划分准则 1、Wall thichness— 网格划分最小结构厚度。 2、Accuracy— 精度 3、Element size— 网格大小 4、Option。 其中Wall thichness和Element size一般设成一样大小。 3）参数说明 （1）wall thickness(壁厚) ─粗分网格； 几何中只要有壁厚小于设定值的地方就不会有网格产生,单位是mm 。
各种材料重量计算方法
圆钢重量（公斤）=×直径×直径×长度 方钢重量（公斤）=×边宽×边宽×长度 六角钢重量（公斤）=×对边宽×对边宽×长度 八角钢重量（公斤）=×对边宽×对边宽×长度 螺纹钢重量（公斤）=×计算直径×计算直径×长度 角钢重量（公斤）=×（边宽+边宽-边厚）×边厚×长度 扁钢重量（公斤）=×厚度×边宽×长度 钢管重量（公斤）=×壁厚×（外径-壁厚）×长度 六方体体积的计算 公式①×H/m/k 即×××高或厚度 各种钢管(材)重量换算公式 钢管的重量=×π×(外径平方-内径平方)×L×钢铁比重其中：π = L=钢管长度钢铁比重取所以，钢管的重量=××(外径平方-内径平方)×L× * 如果尺寸单位取米（M）,则计算的重量结果为公斤（Kg）
钢的密度为： cm3 （注意：单位换算） 钢材理论重量计算 钢材理论重量计算的计量单位为公斤（ kg ）。其基本公式为： W（重量，kg ）=F(断面积 mm2)×L(长度，m)×ρ(密度，g/cm3)×1/1000 各种钢材理论重量计算公式如下： 名称（单位） 计算公式 符号意义 计算举例
圆钢盘条（kg/m） W= ×d×d d = 直径mm 直径100 mm 的圆钢，求每m 重量。每m 重量= ×1002= 螺纹钢（kg/m） W= ×d×d d= 断面直径mm 断面直径为12 mm 的螺纹钢，求每m 重量。每m 重量= ×12 2= 方钢（kg/m） W= ×a ×a a= 边宽mm 边宽20 mm 的方钢，求每m 重量。每m 重量= ×202=
扁钢 （kg/m） W= ×b ×d b= 边宽mm d= 厚mm 边宽40 mm ，厚5mm 的扁钢，求每m 重量。每m 重量= ×40 ×5= 六角钢 （kg/m） W= ×s×s s= 对边距离mm 对边距离50 mm 的六角钢，求每m 重量。每m 重量= ×502=17kg 八角钢 （kg/m）
铸造模拟软件讲解
PROCAST ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 procast 百科名片 ProCast软件界面 ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 目录 适用范围材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 适用范围 材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 ProCast应用(10张) 编辑本段适用范围 ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造、高压铸造、低压铸造、重力铸造、
软件操作界面 倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造、触变铸造、触变成形、流变铸造。由于采用了标准化、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCAST进行分析和优化。它可以用来研究设计结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。实践证明，ProCAST可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。 编辑本段材料数据库 ProCAST可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。得益于长期的联合研究和工业验证，使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新，同时，用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。除了基本的材料数据库外，ProCAST还拥有基本合金系统的热力学数据库。这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。 编辑本段模拟分析能力 ProCAST可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题，为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程，使他们有机会看到型腔内所发生的一切，从而产生新的设计方案。其结果也可以在网络浏览器中显示，这样对比较复杂的铸造过程能够通过网际网络进行讨论和研究。 编辑本段分析模块 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(Base License)、流动分析(Fluid flow)、应力分析(Stress)、热辐射分析(Radiation)、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
常用金属材料计算公式
常用金属材料重量计算公式 圆钢重量（公斤）=0.00617×直径×直径×长度 方钢重量（公斤）=0.00785×边宽×边宽×长度 六角钢重量（公斤）=0.0068×对边宽×对边宽×长度 八角钢重量（公斤）=0.0065×对边宽×对边宽×长度 螺纹钢重量（公斤）=0.00617×计算直径×计算直径×长度 角钢重量（公斤）=0.00785×（边宽+边宽-边厚）×边厚×长度 扁钢重量（公斤）=0.00785×厚度×边宽×长度 钢管重量（公斤）=0.02466×壁厚×（外径-壁厚）×长度 六方体体积的计算 公式①s20.866×H/m/k 即对边×对边×0.866×高或厚度 各种钢管(材)重量换算公式 钢管的重量=0.25×π×(外径平方-内径平方)×L×钢铁比重其中：π= 3.14 L=钢管长度钢铁比重取7.8 所以，钢管的重量=0.25×3.14×(外径平方-内径平方)×L×7.8 * 如果尺寸单位取米（M）,则计算的重量结果为公斤（Kg） 钢的密度为：7.85g/cm3 （注意：单位换算） 钢材理论重量计算 钢材理论重量计算的计量单位为公斤（kg ）。其基本公式为： W（重量，kg ）=F(断面积mm2)×L(长度，m)×ρ(密度，g/cm3)×1/1000 各种钢材理论重量计算公式如下： 名称（单位） 计算公式 符号意义 计算举例 圆钢盘条（kg/m） W= 0.006165 ×d×d d = 直径mm 直径100 mm 的圆钢，求每m 重量。每m 重量= 0.006165 ×1002=61.65kg 螺纹钢（kg/m） W= 0.00617 ×d×d d= 断面直径mm 断面直径为12 mm 的螺纹钢，求每m 重量。每m 重量=0.00617 ×12 2=0.89kg 方钢（kg/m）
晶体生长计算与模拟软件之FEMAG
晶体生长计算软件FEMAG 20世纪80年代中期，鲁汶大学Fran?ois Dupret教授带领其团队，开始晶体生长的研究，经过10多年的行业研发及应用，Fran?ois Dupret教授于2003年成立了FEMAGSoft公司（总部设在比利时Louvain-la-Neuve市），正式推出晶体生长数值仿真软件FEMAG。如今，FEMAG软件已成为全球行业用户高度认可的数值仿真工具，在晶体生长数值模拟领域处于国际领先地位。 FEMAG Soft擅长所有类型晶体材料生长方面的工艺模拟专业技术，比如：?直拉法（Czochralski） ?区熔法（Floating Zone） ?适用于铸锭定向凝固过程工艺（DS），Bridgman法 ?物理气相传输法（PVT） 产品模块 1.FEMAG/CZ-Czochralski (CZ) Process 适用于Czochralski直拉法生长工艺和Kyropoulos生长工艺 2.FEMAG/DS-Directional Solidification (DS) Process 适用于铸锭定向凝固过程工艺 3.FEMAG/FZ-Float Zone Process (FZ) 适用于区熔法生长工艺
主要功能 1.全局热传递分析 “全局性”即包涵所有拉晶要素在内，并考虑传热模式的耦合。全局热传递模拟分析，主要考虑:炉内的辐射和传导、熔体对流和炉内气体流量分析。 2.热应力分析 按照经验，一般情况下，晶体位错的产生与晶体生长过程中热应力的变化有着密切的关系。该软件可以进行三维的非轴对称和非各向同性温度场热应力分析计算，可以提出对晶体总的剪切力预估。 “位错”的产生是由于在晶体生长过程中,热剪应力超越临界水平,被称为CRSS(临界分剪应力)，而导致的塑性变形。 3.点缺陷预报 该软件可以预知在晶体生长过程中的点缺陷(自裂缝和空缺),该仿真可以很好的预测在晶体生长过程中点缺陷的分布。 4.动态仿真 动态仿真提供了对复杂几何形状对于时间演变的预测。该预测把发生在晶体生长和冷却过程中所有瞬时的影响因素都考虑在内。为了准确地预报晶体点缺陷和氧分,布动态仿真尤其是不可或缺的。 5.固液界面跟踪 在拉晶的过程中准确预测固液界面同样是一个关键问题。对于不同的柑祸旋转速度和不同的提拉高度,其固液界面是不同的。 6.加热器功率预测 利用软件动态仿真反算加热功率对于生长合格晶体也是非常必要的。
(仅供参考)ProCAST-熔模铸造过程数值模拟
熔模铸造过程数值模拟 —国外精铸技术进展述评 北京航空航天大学陈冰 20世纪90年代以来，国外一大批商业化铸造过程数值模拟软件的出现，标志着此项技术已完全成熟并进入实用化阶段，有相当一部分已成功地用于熔模铸造。其中，A FSolid (3D)（美国）, PASSAGF/POWERCAST（美国）、MAGMA（德国）、PAM-CAST（法国）、ProCAST（美国）等最具代表性。尤其值得一提的是由美国UES公司开发的ProCAST，和美国铸造师协会(American Foundrymen's Society)开发的 AFSolid(3D)，它们代表了二种不同类型的软件系统。 一. 熔模精密铸造过程数值模拟的佼佼者——ProCAST 早在1985年，美国UES Software Co.便以工程工作站/Unix为开发平台，着手开发ProCAST[1]。为了保证模拟结果的准确性，ProCAST一开始就采用有限元方法(FEM)作为模拟的核心技术。自1987年起，开发用于熔模铸造（精铸）的专业模块。1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也参加ProCAST部分模块的开发工作。2002年，UES Software和Calcom SA先后加盟ESI 集团（法国）。通过联合，ESI集团在虚拟制造领域的领先地位进一步增强。 现在，ProCAST也有微机/Windows或Windows NT版本。三维几何造型模块支持IGES、STEP、STL 或Parasolids等标准的CAD文件格式。Meshcast模块能自动生成有限元网格。它的凝固分析模块可以准确计算和显示合金液在凝固过程的温度场、凝固时间，以及固相率变化，同时，从孤立液相区、缩孔／缩松体积分数、缩孔／缩松Nyiama （新山英辅）判据等三方面，帮助铸造工程师分析判断缩孔／缩松产生的可能性和具体位置(见图1) [2]。针对熔模铸造热壳浇注的特点，ProCAST传热分析模块考虑到热辐射对温度场和铸件凝固过程的影响, 这对于经常需要处理热辐射问题的熔模铸造而言特别重要。例如，对不锈钢人体植入物的凝固过程进行模拟时，发现位于模组中部的铸件由于接收到的辐射热比周边铸件多，因而温度偏高，不利于铸件顺序凝固，容易产生缩孔、缩松[1]。特别值得一提的是，ProCAST特有的辐射分析模块，计及辐射线入射角和遮挡物的影响，模拟对象一旦因相互运动导致辐射线入射角改变或产生遮挡, 该软件将重新自动进行计算，特别适用于定向凝固和单晶铸造。 a) 孤立液相区 b) 缩孔／缩松体积分数 c) Nyiama （新山英辅）判据图1 ProCAST缩孔／缩松判据
各种钢材计算方式
1、圆钢每m重量=0.00617×直径×直径 2、方钢每m重量=0.00786×边宽×边宽 3、六角钢每m重量=0.0068×对边直径×对边直径 4、八角钢每m重量=0.0065×直径×直径 5、螺纹钢每m重量=0.00617×直径×直径 6、等边角钢每m重量=边宽×边厚×0.015 7、扁钢每m重量=0.00785×厚度×宽度 8、无缝钢管每m重量=0.02466×壁厚×(外径-壁厚) 9、电焊钢每m重量=无缝钢管 10、钢板每㎡重量=7.85×厚度 11、黄铜管：每米重量=0.02670*壁厚*（外径-壁厚） 12、紫铜管：每米重量=0.02796*壁厚*（外径-壁厚) 13、铝花纹板：每平方米重量=2.96*厚度 14、有色金属比重：紫铜板8.9黄铜板8.5锌板7.2铅板11.37 15、有色金属板材的计算公式为：每平方米重量=比重*厚度 16、方管: 每米重量=(边长+边长)×2×厚×0.00785 17、不等边角钢每米重量=0.00785×边厚(长边宽+短边宽--边厚) 18、工字钢每米重量=0.00785×腰厚[高+f（腿宽-腰厚）] 19、槽钢每米重量=0.00785×腰厚[高+e（腿宽-腰厚）] 常用的一些金属材料重量计算公式，钢管重量计算公式，方钢重量计算公式，钢板重量计算公式： 园钢重量（公斤）=0.00617×直径×直径×长度 方钢重量（公斤）=0.00785×边宽×边宽×长度 六角钢重量（公斤）=0.0068×对边宽×对边宽×长度 八角钢重量（公斤）=0.0065×对边宽×对边宽×长度 纹钢重量（公斤）=0.00617×计算直径×计算直径×长度 角钢重量（公斤）=0.00785×（边宽+边宽-边厚）×边厚×长度 扁钢重量（公斤）=0.00785×厚度×边宽×长度 钢管重量（公斤）=0.02466×壁厚×（外径-壁厚）×长度 钢板重量（公斤）=7.85×厚度×面积 园紫铜棒重量（公斤）=0.00698×直径×直径×长度 园黄铜棒重量（公斤）=0.00668×直径×直径×长度 园铝棒重量（公斤）=0.0022×直径×直径×长度 方紫铜棒重量（公斤）=0.0089×边宽×边宽×长度 方黄铜棒重量（公斤）=0.0085×边宽×边宽×长度 方铝棒重量（公斤）=0.0028×边宽×边宽×长度 六角紫铜棒重量（公斤）=0.0077×对边宽×对边宽×长度 六角黄铜棒重量（公斤）=0.00736×边宽×对边宽×长度 六角铝棒重量（公斤）=0.00242×对边宽×对边宽×长度 紫铜板重量（公斤）=0.0089×厚×宽×长度 黄铜板重量（公斤）=0.0085×厚×宽×长度 铝板重量（公斤）=0.00171×厚×宽×长度
数值模拟软件大全
数值模拟软件大全 GEO-SLOPE Offical WebSite: www. geo-slope. com SLOPE/W: 专业的边坡稳定性分析软件, 全球岩土工程界首 选的稳定性分析软件 SEEP/W: 专业的地下渗流分析软件, 第一款全面处理非饱和土体渗流问题的商业化软件 SIGMA/W: 专业的岩土工程应力应变分析软件, 完全基于土(岩)体本构关系建立的专业有限元软件 QUAKE/W: 专业的地震应力应变分析软件, 线性、非线性土体的水平向与竖向耦合动态响应分析软件 TEMP/W: 专业的温度场改变分析软件, 首款最具权威、涵盖范围广泛的地热分析软件 CTRAN/W: 专业的污染物扩散过程分析软件, 超值实用、最具性价比的地下水环境土工软件 AIR/W:专业的空气流动分析软件, 首款处理地下水-空气-热相互作用的专业岩土软件 VADOSE/W: 专业的模拟环境变化、蒸发、地表水、渗流及地下水对某个区或对象的影响分析软件, 设计理论相当完善和全面的环境土工设计软件 Seep3D(三维渗流分析软件)是GeoStudio2007专门针对工程结构中的真实三维渗流问题, 而开发的一个专业软件, Seep3D软件将强大的交互式三维设计引入饱和、非饱和地下水的建模中, 使用户可以迅速分析各种各样的地下水渗流问题. 特点:GeoStudio其实就是从鼎鼎大名的GEO-SLOPE发展起来的, 以边坡分析出名, 扩展到整个岩土工程范围, 基于. NET平台开发的新一代岩土工程仿真分析软件, 尤其是VADOSE/W模块是极具前瞻性的, 环境岩土工程分析的利器. 遗憾的是其模块几乎都只提供平面分析功能. Rocscience Offical WebSite: www. rocscience. com Rocscience 软件的二维和三维分析主要应用在岩土工程和 采矿领域, 该软件使岩土工程师可以对岩质和土质的地表 和地下结构进行快速、准确地分析, 提高了工程的安全性并 减少设计成本. Rocscience 软件对于岩土工程分 析和设计都很方便, 可以帮助工程师们得到快速、正确的解答. Rocscience 软件对于用户最新的项目都有高效的解算结果, 软件操作界面是基于WINDOWS 系统的交互式界面. Rocscience 软件自带了基于CAD 的绘图操作界面, 可以随意输入多种格式的数据进行建模, 用户可以快速定义模型的材料属性、边界条件等, 进行计算得到自己期望的结果. Rocscience 软件包括以下十三种专业分析模块: Slide 二维边坡稳定分析模块
引进Procast铸造仿真软件项目建议书
引进Procast铸造仿真软件项目建议书
目录 1背景 (4) 2铸造模拟仿真对我院的作用 (5) 2.1铸造仿真对7室的作用 5 2.2铸造仿真对铸钢厂的作用 5 3铸造仿真软件的调研与考核 (6) 4软件开发商法国ESI集团简介 (6) 5Procast软件特点 (7) 6Procast软件效果预评 (25) 6.1三维模型建立 25 6.2网格划分 26 6.3工艺条件与计算参数 26 6.4数值计算 27 6.5结果显示 27
6.6分析及建议 30 7Procast软件在我院使用构想 (32) 7.1铸造模拟解决方案使用部门 32 7.2铸造模拟解决方案硬件需求 32 8Procast软件模块配置建议 (34)
1 背景 长期以来，对于铸造工艺的改进主要依靠经验和试验，一直缺乏一套专业的、有效的方法和手段。模拟是控制设计、制造过程并预测产品早期服役可能出现问题的最好解决方法。当前，有限元理论已十分成熟，相应的模拟商业软件也逐步趋于成熟，并在各行各业逐步发挥其巨大的作用。 现代制造工艺越来越复杂，性能、精度要求也越来越高，依赖试验的设计手段设计费用越来越高，周期越来越长，也越来越不容易保证可靠性。而从一些发达国家的经验来看，仿真技术的应用可以大大减少试验的比重，减少了设计的盲目性，节省巨额的设计费用，设计周期也大大缩短。从我院专业发展的角度看，急需在数值仿真这一方面提高一个层次，实现我院研发能力的跨越式发展。 铸造仿真软件的开发是一项技术含量很高、专业性很强的工作，作为一个设计单位，自行开发不切实际。国内一些专业单位开发的同类产品在实用性、规范性和易用性等方面都有不足。ESI集团的ProCAST是业界领先的铸造过程模拟软件，基于强大有限元求解器和高级选项，提供高效和准确的求解来满足铸造业的需求。与传统的尝试－出错－修改方法相比，ProCAST是减少制造成本，缩短开发时间，以及改善铸造过程质量的重要的、完美的解决方案。