ProCAST铸件定向凝固仿真流程学习总结

Visual-Mesh

  • 显示模式

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  • 快捷键

    • shift+左键：取消选择
    • ctrl+A：选择所有
    • ctrl+D：放弃选择所有
    • 选中+H：隐藏
    • 选中+L：定位
    • F：显示适应全屏
    • ctrl+U：删除列表（回收站）

  • 文件导出

    File->Export->.sm

    导出路径可以包含中文。

  • 设置单位

    Tool->Change/Convert Length Units

    image-20221021172305017

  • 检查面网格

    image-20221021172605993

​ image-20221021173236712

​ 检查的参数进行调整，或者点击自动修正。直到控制台输出

1
--------------Surface mesh is OK-------------

其其中Intersection : No problems found，无自相交的网格存在。

  • 网格模型装配

    File->Append

    注意模型的坐标系和单位必须统一才能正确装配。

    Cast->Detect and merge overlaps between volumes，进行装配。

    装配的目的在于：导入两个网格模型后，再其接触的面上会有网格重复的现象，但是实际铸造仿真过程中，其实一层网格就能将两个模型分开，故需要进行装配处理。

MeshCAST

  • 模型装配

    File->Assemble

    image-20221022150256713

    点击Show Features以红色显示重叠的边界，对于简单的边界，我们直接点击Continue Assembly进行装配。

  • 网格和交错面检查

    image-20221022150738662

    消息窗口打印如下内容时，表示网格合格。

    1
    2
    3
    The Surface mesh seems OK.
    Number of edges (in the model) present in more than 2 Triangles are: 39
    Total # of possible intersections are: 0.

  • 模壳生成

    image-20221022151333937

    一般熔模铸造都是成组进行，故在做仿真分析的时候，我们只需对单个或一部分零件有限元仿真和分析。因此建模中我们只建一部分模型，在生成模壳时有些面是不生成的。因此在生成模壳之前需要先提取无模壳面（no shell faces）和对称面（symmetry faces）。

    image-20221022151409741

    在这里，我们将使用上图的单元选择工具进行select，从左到右依次是：选择一个单元，选择全部单元，取消一个单元的选择，取消所有单元的选择，选择一个表面。需要注意的是，第一个图标激活状态下（被点击后），首先在要选择的单元上将光标停留，然后鼠标左键被按下的状态将光标进行拖动后才会被选中（选中后颜色变红）。同时使用第五个面选操作的前提需要使用单选操作，保证至少有一个单元被选中，然后在下面的输入窗口输入一个angle参数（0-20）后，再点击面选才会选中单元所在的surface。

    在输入窗口输入angle值后不能习惯性的点回车，否则软件无法读取参数。然后，当选完一个面后需要选下一个面时，我们会习惯性得使用鼠标左键拖动旋转模型窗口，这时切记要关闭单元选择图标！！！非常的银杏啊！

    单选时，网格数量多的话会很卡，需要等好一会儿才能选中。

    选完后点击Store就行。

    然后设置模壳厚度，点击Gen. shell按钮就可生成模壳。

  • 体网格生成

    对模壳网格质量和自相交进行检查，若有问题可以点击Fix Bad Triangles进行修复，直到网格合格。在Tet菜单下单击Generate Tet Mesh按钮，即可生成体网格。

    image-20221022155328301

一般体网格生成只要超过50%就意味着该网格可用。

PreCAST

  • 通过File->Multiple Meshe载入铸造炉体与装配体的体网格。

    载入后可能只能看到.mesh格式的体网格，.sm格式的炉体网格看不见。可以通过点击如下图标进行显示。image-20221022202526318

Geometry/

  • 设置对称面

    Geometry/Symmetry，设置对称面。

    image-20221022204648657

    此处为镜像对称，且为两个面，每个对称平面都应该由三个点的坐标定义（不共线）。故勾选Mirror-1和Mirror-2（如要禁用，取消勾选），注意此处应保证这两个平面正交。Get Co-ord按钮允许拾取网格的节点（Node），以交互定义镜像平面。要使用它，首先单击即将选择点的X坐标框（出现闪烁的编辑光标即可），然后单击Get Co-ord，最后单击几何体上对应的节点。相应的坐标将自动填充。

    最后点击Apply验证完成对称面定义。

    选择镜像面构造点时应该落在节点上，否则会报错！

  • 检查网格雅克比

    Geometry/Check Geom/Neg-Jac，检查网格的雅可比以确定几何体上是否存在负的雅克比网格。如下结果显示为无。

    image-20221022205852855

Materials/

  • 材料分配

    Materials/Assign，分配各部分的材料。

    image-20221023101733160

    当用到某种未在当前数据库中的材料时，需要自行配制添加。点击Add。

    上图中的Type也需要指定，铸件部分选择CASTING。

    image-20221023102026880

    输入组成材料的基和各元素及其百分比，点击Apply选择不同的应力特性计算方式后，可得到材料的相关特性曲线，满足要求后，点击Store进行添加，之后便能在材料列表中选择自定义的材料了。

  • 力学性能设置

    Materials/Stress，设置各部分材料的力学性能。

    设置过程和材料设置类似。

  • 设置界面相关参数

    Interface，指定界面类型和换热系数。

    image-20221023103539236

    每当Type设置完成后，Apply按键会变色，需点击。

  • 设置边界条件

    Boundary conditions/Assign Surface，设置表面边界条件。

    依次设置如下四种类型的参数：

    名称 解释 设置方式
    Heat 模壳与外界的热交换 Heat设定时需要选择整个模壳，选择方法可通过image-20221023155106859这个菜单栏的按键隐藏其他的材料，只保留模壳，在单击选择全部。然后在参数库中选择刚刚设定的交换系数。
    Symmetry 对称面(仿真模型不完整时设定) Symmetry设定只需要选择整个对称面保存，不用设定参数。
    Temperature 冷铜的温度(一般取20) Temperature选择整个冷铜所有面，然后设定为一常数值。
    Displacement 各组件的相对位置约束(设置4个) Displacement设定需要设定三个定位，分别是模壳底部，铸件与冷铜接触部分，冷铜底部。在参数库中选定设置好的约束。

    Boundary conditions/Assign Enclosure，设置炉体的辐射及温度。需要设置三部分（高温区、中温区、低温区）的辐射方向和辐射温度。

    依次设置如下两种类型的参数：

    名称 设置方式
    辐射的方向 通过面选区域，设置所选网格法向方向向里。
    辐射区域的初始温度 高温区辐射系数0.9，温度1550℃；中温区辐射系数0.6，温度900℃；低温区辐射系数0.5，温度20℃。
    image-20221023163812967

    第一次设置时，如果温度和辐射系数不在数据库时，需点击Add进行手动添加。

    注意，enclosure set会根据导入的炉体网格文件个数自动生成。这里因为笔者导入的炉体网格文件只有一个（也可以将三个部分以三个网格文件的形式导入），会自动有一个Set#1在表中，且其Area为炉体所有网格，并且无法删除和更改。但是只要继续添加Set，并选择部分网格后，Set#1的Area则会变小（减去其他Set的面积），当重新划分完Set后，其Area将变为0，此时，便可以将其Del。

  • 设置过程（Process）参数

    Process/Assign Enclosure，设置炉体移动速度。

    image-20221023165854561

    Process/Gravity，设置重力加速度。

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    这里的炉体移动速度矢量和重力加速度方向都是Z轴方向，且二者方向相反。这里由于炉体的+Z轴方向朝下，故重力加速度为正，炉体的速度为负。

  • 设置初始条件的设定（Initial conditions）

    Initial conditions/Constant，设定三种材料的初始温度。注意与前面设置的保持一致。

    image-20221023170626611

  • 设定运行参数（Run Parametres）

    Run Parametres，在叶片的定向凝固仿真中，只需设定下面表格中菜单名称加粗中的参数。

    菜单名称 作用
    General 主要用于设定运算停止的条件
    Thermal 计算温度场(一般只需要将其激活)
    Cycles 热平衡计算
    Radiation 辐射运行参数
    Flow 流动运行参数
    Turbulence 紊流运行参数
    Stress 应力运行参数(将其激活。0关闭，1开启)
    Micro 微观组织模拟运行参数

    General菜单

    image-20221023172630756

    这里我们最大步数设置20000，最低温度设置500，结束时间设为0，其余保持默认值。

    Thermal菜单

    image-20221023173235604

    这里我们将第一个参数设为1，激活传热分析，主变量为温度，其余保持默认值。

    Radiation菜单

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    Flow菜单

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    Stress菜单

    image-20221023174553099

ProCAST

使用PreCAST完成仿真参数设定后，保存退出，点击ProCAST，勾选Execute DataCAST first，点击Run进行仿真计算。

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使用Status可查看仿真进度。

Visual-Viewer

仿真后处理。主要查看温度场，应力场，位移场等。用于仿真分析和总结。

总结

在做定向凝固仿真时，一般需要先在CAD软件（UG）中建好铸件模型（IGS），然后进行网格划分（可以使用hypermesh进行划分导出.out格式，也可以直接在Visual-Mesh中进行划分），划分完成后进行模型装配，模壳生成，体网格生成。然后进行仿真参数设定，最后进行Data Check，无误后，进行仿真。仿真完成后，可以在Visual-Viewer中进行一系列的后处理分析。