Новые возможности ProCAST 2010

Вышла новая версия программного комплекса для моделирования литейных технологий ProCAST 2010.0.

Что нового в версии ProCAST 2010.0.

Версия 2010 предлагает для своих пользователей: новый модуль для автоматической оптимизации параметров процесса, новый графический интерфейс для расширенного модуля пористости (расчет микроструктуры); кроме того проведена значительная работа по совершенствованию термодинамической базы данных (расчет свойств сплавов по его химическому составу), увеличена скорость расчета гидродинамики для литья под давлением и многое другое.

MeshCAST

Значительно улучшен сеточный генератор поверхностной сетки по STL файлу.

Реализован новый подход “В одно нажатие”, что позволяет получить готовую поверхностную сетку по выбранному STL файлу, указав размер ячейки и необходимый допуск. Кроме того, по-прежнему могут применяться инструменты ручного исправления “Shape Improvement” (улучшение формы) и “Intersection Repair” (исправление пересечений).

Примечание: цель сеточного генератора по STL файлу состоит в автоматическом (в большинстве случаев) построении сетки в единичном объеме или в сборке нескольких элементов.

Также теперь стал доступен новый инструмент "Create New Mesh" (создать новую сетку): возможен запуск создания оболочки в полуавтоматическом режиме; при этом Булевы операции будут выполнены, когда пользователь определит каждую плоскость сечения. В случае нескольких плоскостей это позволяет пользователю изменять или применять тонкие настройки к плоскостям сечения до применения Булевой операции. Это функция особенно полезна для тех, кто использует граничное условие периодичности.

Для большей информации обратитесь к главе "STL Mesh Generator" руководства пользователя MeshCAST 2010.0.

PreCAST

Следующие возможности были добавлены или улучшены:

В меню Run Parameter доступен новый графический интерфейс для расширенного модуля пористости (APM). Это позволит автоматически создавать файл poro_d.dat для запуска расчета микропористости.
Доступно моделирование процесса дополнительной подпрессовки стержнем при литье под давлением.

Запуск модуля APM

Файл расчетных данных (prefix_poro.d (текстовый формат)), который содержит всю необходимую информацию для выполнения моделирования, теперь можно редактировать в новом графическом интерфейсе в меню “Run Parameters”:

Примечание: Расширенный модуль пористости (также называемый APM) использует много-газовый подход для расчета модели газовой и усадочной микропористости, а также макропористости и усадочной раковины.

Подпрессовка стержнем

Теперь в ProCAST доступен расчет процесса подпрессовки стержнем. При литье под высоким давлением может быть использована подпрессовка стержнем, когда на третей фазе не возможно компенсировать всю усадку в отливке. Процесс заключается в локальном воздействии штифта под давлением в различных местах отливки для устранения пористости. Давление должно быть приложено, когда сплав находится в интервале кристаллизации.

После определение мест, где будет приложена нагрузка от стержня, ProCAST рассчитает следующие параметра для устранения усадки:

Время начала подпрессовки стержнем.
Расстояние перемещения стержня (давление, приложенное к стержню, для устранения локальной пористости в отливке).
Время снятия давления подпрессовки стержня.

Выходные данные сохраняются в файл "prefix.sqz", который можно открыть в текстовом редакторе.

Термодинамическая база данных

В стандартную базу данных было добавлено 4 новых сплавов:

Ni_68.5 at % Al_0.3Cs-1 (для скорости охлаждения 0.3 °C/с).
Ni_75 at %Al_0.3Cs-1 (для скорости охлаждения 0.3 °C/с).
Ti_45.5 at %Al_8 at %Nb_0.3Cs-1 (для скорости охлаждения 0.3°C/с).
Ti_45.5 at %Al-8 at %Ta_0.01Cs-1 (термодинамическое равновесие).

Проведена значительная работа по термодинамической базе данных для Al, Mg и Ni сплавов:

База данных на основе Al:

Бинарные сплавы Al-Zr заменены в соответствии с теорией Ванга (Wang, Jin, Zhao, J.Phase Eq. 22(5), 544-551, 2001) для лучшего описания растворения циркония в ГЦК решетке Al.
Обновлены бинарные сплавы Al-B, Ti-B, Si-B с учетом термодинамического описания системы Al-Ti-Si-B, разработанные группой проф. Шмида (J. Grobner, D. Mirković, R. Schmid-Fetzer: Thermodynamic aspects of grain refinement of Al-Si alloys using Ti and B. Materials Science & Engineering A 395, 10-21 (2005)). Обновлена база алюминиевых сплавов для лучшего описания растворения бора в ГЦК решетке Al.
Изменен сплав Al15FeMn3Si2 для устранения смешения в системе Al-Fe-Mn-Si.
Системы Al-Fe-Si, Al-Mn-Si, Al-Fe-Mn, и Al-Fe-Mn-Si были разработаны и подтверждены на основе работы "Многокомпонентные фазовые диаграммы: приложение для промышленных алюминиевых сплавов" Н.А. Белова, Д. Г. Эскина, и А. А. Аксенова (использовались таблицы 1.2, 1.7, 1.11, 1.15, рисунки 1.1, 1.3, 1.4, 1.5, 1.13).

База данных на основе Mg:

Разработаны дополнительные фазы, 429 в 2010 версии против 412 в 2009.
Впервые разработано или улучшено описание 6 бинарных систем: Ag-Ca, Ca-Ni, Ce-Ni, Ce-Y, Ce-Zn, и Ni-Zr.
Разработано описание для тройных систем: Al-Cu-Sn и Ce-Mg-Zn, а также улучшены для систем: Al-Ca-Sr, Ca-Cu-Ni, и Ce-Cu-Ni.
Добавлены новые фазы: Al5Cu2Mg8Si6 и Al8FeMg3Si6.

База данных на основе Ni:

Описание бинарных сплавов Cu-Fe, Cu-Mn, и Cu-Ni было разработано таким образом, что база данных может быть использована для сплавов, содержащих незначительное количество Cu и Mn.
Разработано или значительно улучшено описание систем для драгоценных металлов: Cr-Ir, Pt-Ru, Ni-Al-Ir, и Ni-Cr-Pt.
Изменено описание для гафниевых систем: Hf-Ni, Hf-Ir, Hf-Pt, Hf-Ru, Hf-Al, и Hf-Cr (в основном для g и g. фаз, для лучшего описания температуры растворения g. фазы и разделения g и g. фаз).
Исправлено описание системы Hf-C для точного расчета температуры образования карбидов.
Изменено описание для g. фазы систем Ni-Re-Ta, Ni-Re-W, Ni-Re-Ru, Ni-Ru-Ta, и Ni-Ru-W для лучшего описания растворения g. фазы для сплавов, содержащие эти элементы.
Проверены сплавы, особенно для содержания драгоценных металлов в никелевых жаропрочных сплавах.

Проведены незначительные изменения и улучшения для базы данных на основе Fe.

Теплофизические свойства улучшены в соответствии с описанными выше параметрами.

Результаты расчета механических свойств по хим. составу и скорости охлаждения (кривая изменения напряжений по температуре) теперь доступны в файле prefix_strength.dat или непосредственно в базе данных PreCAST для предела текучести (Yield stress).

Теперь доступен расчет предела текучести для магниевых сплавов.

Доступен расчет механических свойств чугунов.

Учет влияния Mg на микроструктуру и свойства чугунов.

Контроль микроструктуры за счет содержания Mg в СЧ (Mg<0.01%), ЧВГ (Mg:0.01-0.04%) или ВЧ (Mg>0.04%)

Влияние скорости охлаждения на механические свойства серых чугунов.

Доступен расчет механических свойств для сталей.

Учет влияния охлаждения на свойства стальных отливок.

Теплофизические свойства сплавов основываются на скорости охлаждения.

Изменение кривой выделения твердой фазы сталей в зависимости от скорости охлаждения – пример для стали 4140.

Решатель

Следующие возможности были улучшены или добавлены:

Теперь доступна новая модель расчета давления (HYPRE), которая позволяет увеличить скорость расчета гидродинамики (устанавливается по умолчанию для каждого расчета). Для расчета литья под давлением, пример которого приведен ниже, прирост на 8 процессорах составил 40%.
MUMPS – это прямой решатель напряжений, который в некоторых случаях может быть использован для замены итерационного решения линейной системы.

Улучшена модель GAS и добавлен новый вид результата, рассчитываемый автоматически - Air Entrainment (захват воздуха) (для большей информации смотри главу "Fluid Front Tracking").
Отображение движения не металлических частиц было изменено таким образом, что пользователь теперь может комбинировать любые типы JUNCTIONS в модели (для большей информации смотри главу "Fluid Front Tracking").
Теперь доступен тепловой модуль, основанный на зависимости Хворинова (для больше информации смотри главу "Chvorinov's thermal modulus"). Ниже приведен пример для литья в песчано-глинистые формы для отливки “Корпус компрессора”:

Доступен экспорт результатов напряжений в модель с различными материалами отливки.
Возможность наложения полей напряжений для следующего шага или экспорта (в Abaqus, Sysweld, общий формат и т.д.).
Расширен инструмент наложения (mapping tool) для управления исходной и целевой сеток, содержащих линейные пентаэдры и линейные гексаэдры.
Интеграция металлургической библиотеки: модели дендритного зерна, эвтектики, эвтектики и эвтектоида серых чугунов, эвтектики и эвтектоида высокопрочных чугунов.
Улучшена модель THERMAL 2 (тепловой анализ, использующий энтальпию в качестве основной переменной).
Теплопроводность воздушного зазора теперь доступна для расчета непрерывного литья.
Для работы модуля CAFE не требуется инструмент преобразования формата, теперь он использует непосредственно файлы результатов ProCAST "g.unf" и "t.unf".

Микроструктура

Все модели микроструктуры были пересмотрены и скомплектованы в новую металлургическую библиотеку. Это модели:

Дендритного зерна.
Эвтектики.
Эвтектики и эвектоида серого чугуна.
Эвтектики и эвтектоида высокопрочного чугуна.
Подход диаграммы изотермического превращения.

Доступны более точные совместные схемы расчета микроструктуры и теплового потока (для большей информации смотри главу "Microstructure").

Новый подход обеспечивает большее количество выходных результатов расчета, объединенных в 3 группы:

Доли базовых компонентов. Данные поля соответствуют объемной доли основных фаз. Сумма объемных долей основных фаз в данном узле всегда равна 1.

Смесь фаз. Это поля объемной доли смеси основных фаз. Эти смеси соответствуют микроструктуре, которые определяются в классической металлографии, например, ледебурит. Ледебурит состоит из двух основных компонентов: аустенита и цементита. Аналогичным образом, эвтектика состоит из двух компонентов: эвтектического аустенита и графита.

Свойства. Данная категория включает все параметры, которые измеряются не в объемных долях. Сюда включены механические свойства и параметры микроструктуры, такие как размер зерен, расстояние между вторичными ветвями дендрита и т.д.

Расчет механический свойств для алюминиевых и магниевых отливок.

Расчет предела прочности, основанного на микроструктуре отливки.

Оптимизация

Доступна оптимизация процесса при помощи продуктов PAM-OPT и ProCAST. Идея оптимизации состоит в автоматическом поиске наилучших параметров геометрии и/или процесса для достижения оптимального варианта (минимальной усадочной пористости, максимального выхода годного и т.д.) без вмешательства пользователя после каждого моделирования.

Оптимизация геометрии:

Расположение и размеры прибылей.
Расположение холодильников.
Размеры элементов литниковой системы.
Расположение питателей.

Оптимизация процесса/ проектирование надежности результата (расчет процента брака):

Исследование процесса через множество вариантов параметров процесса.
Исследование чувствительности процесса к параметрам.

Какие параметры процесса имеют наибольшее влияние на качество отливки?

Проектирование эксперимента.

Все эти подходы применимы к широкому кругу процессов.

Ниже приведен пример исследования надежности результата. Он состоит в автоматическом запуске нескольких расчетов одного процесса с небольшими изменениями входных параметров (как это происходит на производстве) и сопоставлении результатов моделирования.

В настоящее время мы может построить численную модель реального промышленного процесса и предсказать процент брака (качество отливки) с помощью методов точного описания производства отливок, как показано на примере ниже.

На рисунке изображено множество вариантов результатов для литья в кокиль алюминиевой отливки с запасом по дефектам. Определив параметры и задачи оптимизации для уменьшения пористости, мы сможем автоматически рассчитать приемлемые по дефектам варианты. В данном случае приемлемые результаты достигаются при коэффициенте теплопередачи между формой и отливкой, равном 1900 Вт/м2/К, и температуре заливки металла – 648 °С.

Расширенный модуль пористости (APM)

Доступен новый графический интерфейс в меню Run Parameters, с возможностью автоматического создания исходного файла poro_d.dat file.
Создан новый формат результатов (.erfh5), полностью совместимый с другими программными продуктами ESI.
Доступны новые виды результатов расчета в постпроцессоре Visual-CAST (для большей информации смотри главу "Advanced Porosity Post-processing").

Параллельные вычисления

Ведется непрерывная работа для расширения, воспроизводимости и доступности на различных платформах параллельного DMP решателя ProCAST. Следующие возможности добавлены в ProCAST 2010.0:

Интеграция металлургической библиотеки.
Доступно граничное условие Periodic.
Для процесса непрерывного литья доступно граничное условие Accordion.

Таким образом, доступна первая версия параллельного расчета для непрерывного литья (для стационарного и не стационарного (MiLE) расчетов). Прирост скорости в расчетах может достигать 2 на 4 процессорах и 3.8 на 8 процессорах.

Постпроцессор Visual-CAST

Visual-CAST – это постпроцессор нового поколения с новейшими функциями построения результатов, что позволяет удовлетворить требованиям сообщества CAE. Visual-CAST построен на графической оболочке, позволяющей группировать данные на страницах и в графиках. Он имеет интуитивный и дружелюбный пользовательский интерфейс, выполненный в стиле Windows. Visual-CAST теперь можно использовать для визуализации результатов ProCAST и QuikCAST в той же среде пользователя.

Экспорт результатов

Вы можете экспортировать любые результаты расчета, включая пользовательские результаты, в формате PATRAN (*.ntl) и I-DEAS (*.unv).
Оптимизирован экспорт результатов расчета в формате *.ntl.

Сохранение/восстановление пользовательского вида.

Сохранение и восстановление пользовательских видов.
Сохранение видов в указанный файл.
Вы можете управлять вашими видами, что очень удобно при составлении отчета.

Информация о минимальном и максимальном узле

Отображение координат и значение результатов для минимального/максимального узла.
Данную функцию можно активировать в меню Option menu->MinMax Info.
Применимо для любых результатов.
Тот же самый минимум и максимум могут имеет несколько узлов. Поэтому отображается только первый минимальный и первый максимальный узел по порядковому номеру узла.

Цветовая шкала для параметра усталости

Цветовая шкала для отображения усталости автоматически инвертирует палитру для указания малых значений красным цветом.

Другие обновления

При изменении размера окна приложения сохраняется соотношение его сторон, таким образом, масштаб и вид модели не будут изменяться.

Оптимизирован размер создаваемых пользовательских результатов. Сочетание статических результатов будет записываться только за один шаг. Динамические результаты будет записывать для всех шагов.

Цветовая шкала для создания анимации регулируется автоматически при выборе минимального и максимального расчетного шага (опция не поддерживается для результатов расчета модуля APM).

Опция “Effective plastic strain” (эффективные пластические деформации) добавлена в диалог "Prepare Stress Results" (подготовка результатов напряжений). Добавлена кнопка ‘All stress/strain’ для быстрой активации всех доступных опций.

При просмотре усадочной пористости в разрезе не будет изменяться режим отображения cut-off.

При загрузке любых .usf файлов, будут применяться единицы измерения данного файла.

Ранее ось вращения всегда располагалась в центре тяжести модели. Сейчас она располагается в том месте, где это было определено при подготовке модели.

При расчете цикловой задачи в окне модели теперь будет отображаться информация об открытии и закрытии формы, опрыскивании и т.д.

Пористость в QuikCAST и APM модуле теперь можно экспортировать в .stl формат.

Поддерживается новый .usf формат, который может содержать несколько типов результатов.

При загрузке любого файла результата информация о шаге, времени моделирования, % заливки, % кристаллизации, номере цикла, времени цикла и имени цикла записывается в файл _summary.txt.

Доступна опция ‘Result While Move’ (File->General Preferences->Viewer Preferences) для отключения отображения результатов при выполнении операций с моделью (перемещения, поворота, масштабирования).

Доступен новый параметр отображения “Давление воздуха”.

Доступны новые результаты отображения для модуля APM. (для большей информации смотри главу "Advanced Porosity Postprocessing").

Доступны новые результаты отображения для модуля микроструктуры.

Подробнее о ProCAST на сайте www.esi-russia.ru

Делкам Урал