有限元鑄造模擬軟件--PoligonSoft，PoligonSoft是創(chuàng)建和優(yōu)化鑄造工藝的軟件PoligonSoft以有限元法為基礎(chǔ)，對(duì)幾乎所有鑄造工藝和任何合金進(jìn)行填充、凝固和應(yīng)力分析。

處理任何復(fù)雜的幾何體

由于采用了有限元方法，PoligonSoft能夠快速的處理由許多任意形狀的實(shí)體組成的任何復(fù)雜鑄件的幾何模型。冷鐵、砂芯、支撐材料、砂箱、保溫材料和熔煉設(shè)備的元件對(duì)鑄件質(zhì)量有一定的影響，在計(jì)算中可以考慮這些影響。

模塊Master-3D允許使用以下格式的網(wǎng)格：Altair HyperMesh、ANSYS、ProCAST、Nastran、CATIA、NEU、GiD、ISPA。用戶(hù)只需導(dǎo)入帶有鑄件網(wǎng)格模型的文件，Master-3D將獨(dú)立確定哪些實(shí)體是鑄件，哪些是模具，并將分配實(shí)體界面的邊界。

模型

在某些情況下，鑄件的模擬模型可能包含多達(dá)數(shù)百個(gè)元素。為了使工程師能夠輕松地處理大型模型，Master-3D中添加了“模型樹(shù)”，允許靈活地控制對(duì)象的可視化和配置。

薄壁件網(wǎng)格生成器允許在CAD系統(tǒng)中自動(dòng)生成給定厚度的多層網(wǎng)格，而無(wú)需進(jìn)行初步構(gòu)造。這種相對(duì)簡(jiǎn)單的計(jì)算區(qū)域元素，如覆蓋層、內(nèi)襯、隔熱層等，可以用這種方式創(chuàng)建。

PoligonSoft有自己的有限元網(wǎng)格質(zhì)量驗(yàn)證裝置（檢查單元的角和體積）。不滿(mǎn)意的網(wǎng)格可以從模型中糾正或刪除。一種特殊的算法分析存在薄壁的幾何結(jié)構(gòu)并局部劃分網(wǎng)格以提高計(jì)算精度。

模具的填充

Euler-3D模塊允許通過(guò)一個(gè)或多個(gè)澆口以恒定或可變的速度計(jì)算用金屬液填充模具。 借助它幫助您分析： 填充過(guò)程中金屬液和模具的溫度； 進(jìn)料率； 工藝缺陷。 一個(gè)特殊參數(shù)調(diào)節(jié)金屬液流動(dòng)停止時(shí)的固相數(shù)量。 該參數(shù)的應(yīng)用允許以模擬過(guò)冷金屬液流動(dòng)停止的方式調(diào)整模塊的操作。 流動(dòng)性參考數(shù)據(jù)可用作主樣本。

鑄件和模具的冷卻

Fourier-3D模塊在考慮凝固過(guò)程中產(chǎn)生的熱量的情況下執(zhí)行溫度和相場(chǎng)的計(jì)算，解決包括壓力場(chǎng)模擬在內(nèi)的過(guò)濾任務(wù)。該模塊允許計(jì)算：

鑄造結(jié)晶過(guò)程（溫度和液相分?jǐn)?shù)）；

模具過(guò)熱和過(guò)冷；

鑄件和模具中的熱節(jié)區(qū)域；

縮孔、疏松和微孔。

Fourier-3D允許在可以改變冷卻條件和計(jì)算場(chǎng)幾何形狀的過(guò)程中執(zhí)行復(fù)雜的多階段計(jì)算。計(jì)算的質(zhì)量和真實(shí)性直接與技術(shù)端到端模擬的可能性相吻合。鑄造生產(chǎn)工藝過(guò)程的所有階段都可以在PoligonSoft系統(tǒng)中連續(xù)模擬：模具加熱、澆注前模具冷卻、模具填充、澆注后砌塊隔熱、澆注后保壓、恒溫器內(nèi)或車(chē)間地面冷卻、保溫材料取出、抖出等。

循環(huán)過(guò)程

ctsikl1型

Mirage-L模組模壓成型過(guò)程中循環(huán)控制模具溫度變化

在某些鑄造方法中（例如，壓鑄），確定模具打開(kāi)的時(shí)刻以及決定產(chǎn)品質(zhì)量的溫度狀態(tài)非常重要。Fourier-3D允許執(zhí)行循環(huán)計(jì)算，并考慮在先前循環(huán)中的模具加熱、模具接合時(shí)的模具冷卻、型芯安裝。

輻射傳輸

由于使用了有限元法，F(xiàn)ourier-3D可以解決考慮輻射對(duì)鑄件間的熱交換問(wèn)題。這不僅對(duì)于真空鑄造是必要的，而且對(duì)于澆注也是必要的——使用熔模鑄造技術(shù)而不使用輔助填料的“樹(shù)”。鑄件在樹(shù)上的位置，在鑄造和冷卻過(guò)程中塊之間的相對(duì)位置，都會(huì)顯著影響孔隙率模式。

孔隙率

PoligonSoft的顯著優(yōu)勢(shì)之一是收縮宏觀和微孔模型，它允許預(yù)測(cè)關(guān)鍵鑄件（航天發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴葉片、渦輪葉片、葉輪泵等）中缺陷的形成。 長(zhǎng)期以來(lái)，這種模型、準(zhǔn)確的，而且是世界上。 現(xiàn)在，PoligonSoft成功地與世界上的鑄造模擬軟件競(jìng)爭(zhēng)，在功能上使它們脫穎而出，但在收縮缺陷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性方面卻沒(méi)有。

從13.4 版本開(kāi)始，基于改進(jìn)的逐步確定收縮頭形狀的方法，同時(shí)考慮毛細(xì)管效應(yīng)和壓降，F(xiàn)ourier-3D模塊中引入了新的收縮和大孔隙形成模型 在熱節(jié)區(qū)域結(jié)晶過(guò)程中。

應(yīng)力和裂紋

Hooke-3D模塊旨在計(jì)算鑄件和模具在冷卻階段發(fā)生的溫度應(yīng)力和應(yīng)變。該計(jì)算是根據(jù) A. Ilyushin 和 Newton 方法創(chuàng)建的小彈塑性應(yīng)變理論進(jìn)行的。該模塊允許計(jì)算：

* 溫度應(yīng)力；

應(yīng)變;

鑄件翹曲；

可能產(chǎn)生冷裂紋和熱裂紋的位置。

Hooke-3D模塊算法的可靠性和穩(wěn)定性允許使用它來(lái)模擬熱處理過(guò)程（例如水硬化），以確定殘余應(yīng)力、應(yīng)變、翹曲和可能的破壞。 Hooke-3D模塊的新版本允許在鑄件和模具中執(zhí)行應(yīng)力計(jì)算，多具有三個(gè)隨機(jī)取向的主平面。該模塊支持空間中鑄件的手動(dòng)和自動(dòng)固定模式。記錄計(jì)算狀態(tài)的機(jī)制允許繼續(xù)因技術(shù)原因中斷的計(jì)算或使用更改的參數(shù)和/或從自由保存的時(shí)刻重新開(kāi)始計(jì)算。

模擬鑄造技術(shù)

PoligonSoft允許在計(jì)算中使用任何合金和非金屬材料（隔熱、內(nèi)襯、型芯、模具等），以模擬所有流行的鑄造技術(shù)和一些特殊工藝：

砂型鑄造；

金屬型；

熔模鑄造；

真空鑄造（包括定向凝固，單晶）；

高壓成型；

低壓鑄造；

連鑄；

半固態(tài)鑄造、擠壓鑄造；

電磁感應(yīng)；

模具熱循環(huán)過(guò)程。

PoligonSoft數(shù)據(jù)庫(kù)

為了模擬鑄造工藝，需要利用鑄造材料、模具和介質(zhì)的熱、收縮、力學(xué)等性能。PoligonSoft有一個(gè)靈活的多功能模塊Alloy金屬熱動(dòng)力數(shù)據(jù)庫(kù)，它結(jié)合了參考書(shū)、存儲(chǔ)、編輯和合成材料屬性、邊界和初始條件的方法。

PoligonSoft公司 提供了一些鑄鋼、鑄鐵、鋁、鎳、鈦、銅、鋅和貴金屬合金等等的性能的基本數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，系統(tǒng)還提供了鑄模材料數(shù)據(jù)庫(kù)，其中包括砂和水玻璃混合物、陶瓷、熟料、石棉、隔熱材料和許多其它鑄造材料的性能。該數(shù)據(jù)庫(kù)可由用戶(hù)編輯和添加。

鑄造合金功能

內(nèi)置的合成機(jī)制使人們能夠通過(guò)其化學(xué)成分預(yù)測(cè)許多鑄造合金的性能：

灰鐵（通過(guò)分析相關(guān)性）；

鋼（靜態(tài)處理）；

鋁（靜態(tài)處理）。

用靜態(tài)方法計(jì)算的性能依賴(lài)于合金數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶(hù)也可以添加這些數(shù)據(jù)庫(kù)，以提高預(yù)測(cè)精度。

邊界和初始條件

在PoligonSoft中使用的基于體積和邊界指數(shù)化的初始和邊界條件系統(tǒng)允許調(diào)整程序的工作，以便在保持工程質(zhì)量的同時(shí)，大限度地減少計(jì)算準(zhǔn)備時(shí)間，減少對(duì)人員資格的要求鑄造工藝分析。用戶(hù)一旦建立了滿(mǎn)足企業(yè)鑄造工藝要求的邊界條件和初始條件文件，就只能在日常工作中使用現(xiàn)成的樣品。這種方法允許在相同的條件下快速地用不同的模型進(jìn)行計(jì)算。

材料數(shù)據(jù)庫(kù)

參考數(shù)據(jù)是“合金”模塊中重要的元素之一，包含有關(guān)性能的信息，幾乎包含執(zhí)行計(jì)算所需材料的所有性能和參數(shù)。這些信息來(lái)自材料計(jì)算軟件，一些數(shù)據(jù)是PoligonSoft開(kāi)發(fā)人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的。

大型復(fù)雜薄壁鑄件模擬

由于采用了有限元方法，PoligonSoft系統(tǒng)成功地用于模擬非常大的同時(shí)相對(duì)薄壁的鑄件。

結(jié)合使用對(duì)稱(chēng)性和多線程計(jì)算的能力，建模過(guò)程較少的時(shí)間。同時(shí)，所使用的計(jì)算資源（主要是CPU和內(nèi)存的數(shù)量）并沒(méi)有超出普通辦公pc的界限。

連鑄模擬

從13.1版開(kāi)始，PoligonSoft可以使用具有不匹配網(wǎng)格的有限元模型進(jìn)行建模。這不僅簡(jiǎn)化了模型的制備過(guò)程，便于計(jì)算，而且允許在幾何體相互運(yùn)動(dòng)時(shí)“鑄件-模具”、“模具-模具”和“鑄件-鑄件”等“滑動(dòng)”接觸。新的可能性允許考慮連鑄的任務(wù)，特別是模擬初始工藝階段：鋼坯回收。

大型鋼錠模擬

PoligonSoft用于建立大型鋼錠鍛造過(guò)程的模型。質(zhì)量在100噸到500噸之間的鑄錠用作生產(chǎn)渦輪轉(zhuǎn)子、成型輥、船用螺釘安裝輥的坯料。由于澆鑄的持續(xù)時(shí)間可以達(dá)到一個(gè)小時(shí)，凝固的持續(xù)時(shí)間可以達(dá)到幾十個(gè)小時(shí)，因此準(zhǔn)確地模擬鑄件和模具之間的熱傳遞就變得至關(guān)重要。

有限元法允許將網(wǎng)格點(diǎn)直接放置在實(shí)體的邊界線上，結(jié)合鑄件和模具匹配網(wǎng)格的應(yīng)用，使誤差小化，并允許以高精度計(jì)算鑄錠的冷卻過(guò)程。

PoligonSoft參與西門(mén)子公司與OJSC SPU“CNIITMASH”共同組織的科研工作。在此過(guò)程中，對(duì)兩種鋼錠的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了模擬，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。將PoligonSoft中獲得的冷卻曲線與安裝在模具各部分表面以下幾毫米深度處的熱電偶測(cè)量值進(jìn)行比較，結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好。

冷模應(yīng)能承受盡可能多的填充物，但長(zhǎng)期的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致其開(kāi)裂。這就是為什么研究它的抵抗力似乎是一項(xiàng)非常實(shí)際的任務(wù)。在模塊Hooke-3D中，根據(jù)裂紋敏感性準(zhǔn)則對(duì)模具的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行分析，可以揭示危險(xiǎn)區(qū)域的位置，并在可能的情況下，采取措施降低模具內(nèi)部的溫度應(yīng)力。

內(nèi)冷模擬

內(nèi)部冷態(tài)由與鑄造相同的合金制成，并安裝在模具腔內(nèi)，形成鑄造體。在用合金填充模具時(shí)，內(nèi)部冷液部分或完全熔化，并與基本金屬焊接。模擬冷態(tài)對(duì)鑄造過(guò)程的熱圖、結(jié)晶過(guò)程以及防止縮孔形貌的影響，是技術(shù)人員關(guān)心的問(wèn)題。

模擬這個(gè)過(guò)程的可能性是，PoligonSoft與許多類(lèi)似系統(tǒng)的特性不同。在計(jì)算開(kāi)始時(shí)，將冷水機(jī)組設(shè)置為計(jì)算系統(tǒng)中具有給定溫度的獨(dú)立元件。然后在結(jié)晶過(guò)程中，由求解器考慮這些問(wèn)題Furje-3D作為鑄造的一部分。它為考慮相變過(guò)程中的熱吸收計(jì)算制冷機(jī)的熔化提供了可能，從而正確預(yù)測(cè)了其位置處的孔隙度和溫度變化的發(fā)生。

其它可能性

PoligonSoft有很大的可能性對(duì)收到的結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分析。借助該模塊可以計(jì)算和分析材料的組織、硬度、熔深、清洗、冷卻速度等性能標(biāo)準(zhǔn)-3D。該模塊包含廣泛的內(nèi)置函數(shù)，允許用戶(hù)創(chuàng)建自己的分析標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于特定的產(chǎn)品：度、對(duì)數(shù)、三角函數(shù)、梯度、變化率、搜索小值和大值，以及許多它數(shù)據(jù)。

附加可能性：Niyama標(biāo)準(zhǔn)

盡管PoligonSoft使用自己的模型預(yù)測(cè)收縮-孔隙度，但用戶(hù)可以應(yīng)用Criteria-3D計(jì)算Niyama準(zhǔn)則。這個(gè)無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)考慮了局部熱條件，長(zhǎng)期以來(lái)它是所有模擬軟件的標(biāo)準(zhǔn)。世界上許多鑄件生產(chǎn)仍然使用它來(lái)預(yù)測(cè)鑄件的孔隙率。利用模擬分析了Niyama準(zhǔn)則的值映射，并假設(shè)在Niyama準(zhǔn)則低于某一臨界值的區(qū)域會(huì)形成縮松。

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