procast热物性参数

附注：红色字体为热应力耦合模拟必须输入的参数，蓝色字体为一般模拟需要的相应参数 一、材料参数（Material Database） （一）成分（composition重量百分含量%） 通过输入合金成分，软件可以自动计算（采用Scheil或Lever模型）Al系，Fe系，Ni系，Ni16，Ti系，Mg系的热函曲线，固相分数和液固相温度。 （二）传热属性(thermal) 1. 热导率（Conductivity常数或温度的函数,单位:W/m/K） 2. 密度(Density常数或温度的函数,单位:kg/m**3) 3. 比热容(Specific Heat常数或温度的函数,单位:kJ/kg/K) 4. 热函(Enthalpy常数或温度的函数,单位:kJ/kg)(等同于比热容和潜热) 5. 固相分数(Fraction Solid常数或温度的函数) 6. 潜热(Latent Heat常数,单位:kJ/kg) 7. 液固相线温度(Liquid-Solidus常数,单位:℃) 8. 发热属性(Exothermic轴套材料达到燃烧温度后放出的热量,燃烧分数为温度的函数) （三） 流体属性(Fluid) 1. 粘度(Viscosity) a. Newtonian流体 粘度(常数或温度的函数,单位:Pa.s) b. Carreau-Yasuda流体(非牛顿流体模型，其粘度为切变速率的函数平衡方程: ) 涉及到的参数有ηo,η∞,λ,α c. Power-Cutoff流体(用于触变铸造) 2. 面张力(Surface Tension常数或温度的函数,单位:N/m) 3. 渗透率(Permeability高渗透率意味着自由流动,反之则意味着不流动.铸件材料仅适用于液固相线之间.常数或固相分数的函数,单位m**2) 4. 过滤网材料属性(Filter) a. 孔隙率(Void fraction常数) b. 表面积Surface area(常数,单位:1/m) 二、界面传热参数(Interface Database) （一）标准界面传热系数（interface） (H.T.Coeff常数或时间、温度的函数,单位:W/m**2/K.界面之间网格需要一致) （二）压铸复合传热系数(Die Combo)自动根据压模开合顺序改变传热系数 当压模闭合时界面传热系数为常数或温度的函数； 当模型打开时定义大气与压型间界面换热系数Air Coeff和环境温度Air Temp； 喷水冷却阶段定义喷水冷却界面换热系数Spray Coeff和喷射冷却温度Spray Temp。 三、边界条件参数(Boundary Conditions Database) （一）定义表面相关参数 1. 温度(Temperature):常用于设置充型计算的浇注温度(常数或时间的函数,单位:℃)； 2. 传热(heat): ,需要输入的参数有： 热流Flux(Heat Flux,常数或时间的函数,单位:W/m**2) 界面换热系数（与外界环境间的）h(Film Coeff,常数或时间、温度的函数,单位:W/m**2/K)、 环境温度Tα(Ambient Temp,,单位:℃)、 发射率ε。真空中辐射时只需要定义发射率。 3. 浇注速度:可以利用速度计算器(Velocity Calculator)根据给定充型时间来计算充型速度;在多浇道的情况下当某一个浇道口到达设置的充型极限(Fill Limit)自动切断该浇道的金属液的充型。(Velocity需定义U,V,W三个方向的速度,可以是常数或是时间或压力的函数,单位:m/sec) 4. 压力(pressure一般用于浇注时的压力,可以定义为常数或时间的函数,单位:N/m**2) 5. 浇口边界条件（Inlet）:等价于在浇注温度下的浇注速度,涉及到的参数有Flow Rate(kg/sec),temperature(℃) 6. 紊流参数(Turbulence):用于指定在计算中液体充型时的紊流状态,涉及到的参有:intensity(常数或时间的函数),Char Length(常数或时间的函数) 7. 通气孔参数(Vent):相当于管道，通过描述其直径(Diameter)、长度(Length)、粗糙度(roughness)和出口压力(exit pressure)来描述。 8. 压射边界条件(Inject):用于低压铸造过程，可以指定压射入的气体的量。涉及到的参数—Mass Flow Rate(常数或时间或压力的函数,单位: kg/sec) 9. 位移(Displacement):用于应力计算，需定义施加于X，Y，Z三个方向的位移(常数或时间的函数单位:cm)。 10. 点载荷(Point Load):在给定位置施加一个载荷（需定义三个方向的值，可以为常数或时间的函数.单位:N）。 11. 面载荷(Surface Load):在给定的面上施加面载荷，这时相当于压力。（通过指定三个方向面载荷的大小来定义，可以是时间的函数，单位:MPa） （二）定义体积参数 1. 发热材料的体积热(Volumetric Heat):给定材料内部产生热量时定义单位体积所产生的热量.(常数或时间、温度的函数,单位:W/m**3，发热材料所产生的热量用于整个指定的材料) 2. 动力源(Momentum Source):在流体流动问题中给定材料上的动力源，如:电磁力或其他推动力。此时应定义驱动力矢量(X,Y,Z三个方向,单位:N/m**3)，这种力应用于整个指定的材料。 3. 流量源(Mass Source):在充型计算中通过定义从流量源进入材料的金属的量来代替浇注速度或浇口的边界条件。可以指定在给定温度(需定义Temperature，单位:℃,常数或时间的函数)下给定量的金属(用流动速度Flow Rate来描述，单位:kg/sec，常数或时间的函数)出现的空间位置 (用X,Y,Z三个空间坐标来表述，单位:cm,常数或时间的函数)。 （三）定义外围辐射层参数 发射率(Emissivity):对于辐射计算，需要定义铸型的发射率(常数或温度的函数)。 四、工艺条件参数（Process Database） 尤其用于熔炉相对于铸件移动的含有视角因子的辐射计算。 （一）平移(translation) 定义给定材料区域或外围辐射层的U、V、W三个方向的移动速度，常数或时间的函数。 （二）转动(Rotation) 通过定义两个点的坐标（X、Y、Z）来定义材料区域或外围辐射层的转动轴，然后给定转动角度随时间的变化关系即转动速度。用于旋转小于一周的情况。 （三）旋转（Revolution） 用于旋转大于一周的情况。定义两个点的坐标（X、Y、Z）来定义旋转轴，旋转速度（1/sec）为常数或时间的函数。 五、力学参数（Stress Database） （一）空的材料(Vacant) 用于指定不参与应力场计算的部分，无应力无应变同时不参与任何接触运算。因而定义为空的材料区域不定义任何属性。 （二）刚性材料(Rigid) 定义为刚性材料的区域不进行应力计算，然而可以进行接触计算(临近区域不允许穿透刚性体)，刚性材料区域也不定义任何属性。 （三）线弹性材料(Linear Elastic model) 1. 弹性模量(Young's modulus):应力-应变曲线的斜率，公式: ，(单位:N/m**2,常数或温度的函数) 2. 泊松比(Poisson`s Ratio):金属材料的泊松比一般在0.3左右，公式: ,(常数或温度的函数) 3. 热膨胀系数(Thermal Expansion):热膨胀系数通过两种方法来定义： a.  热应变的函数(Thermal Strain):通过实测得到随温度而变的应变曲线，可以直接输入得到热膨胀系数随温度而变化的曲线。 b. “斜率”热膨胀系数(“Secant ” thermal expansion coefficient): 公式: ,单位：1/K。利用该公式将给定的热函曲线转化成热膨胀系数(温度的函数)，需要定义一个零应变的参考温度(Tref)。 当热膨胀系数为常数时，应变曲线为直线，该直线的斜率就是热膨胀系数，此时就不需要定义参考温度。 （四）弹塑性模型(Elasto-Plastic model) 弹塑性模型除了上述的弹性属性外，还可以应该定义塑性阶段的屈服应力(Yield stress)和硬化系数(hardening coefficient)。 屈服应力为材料发生塑性变形阶段的应力，常数或温度的函数,单位:N/m**2。 硬化系数为应力-应变曲线发生塑性变形阶段的斜率。见下图所示： ProCAST里可以定义四种硬化模型： 1. 各项同性线性硬化模型 (Isotropic & Linear hardening)：公式 ，σ0为屈服应力，εpl为塑性应变，H为塑性模量(plastic modulus，常数或温度的函数，单位:N/m**2)。 2. 各项同性非线性硬化模型 (Isotropic & Non-linear hardening):： 公式 ，σ0为屈服应力，εpl为塑性应变，α为硬化指数(hardening exponent，常数或温度的函数)，σ∞为最终屈服应力, (ultimate yield stress，常数或温度的函数，单位:N/m**2) 3. 非各项同性硬化模型(Kinematic)：即Amstrong-Frederick模型 公式 ,x称为背应力，对应于屈服表面中心的运动。 b为需要输入的参数一(Parameter 1,常数或温度的函数，单位:N/m**2) c为需要输入的参数二(Parameter 2,常数或温度的函数。) 各项同性和各项异性模型可以分别定义或同时定义。 （五）弹-粘塑性材料(Elasto-VisoPlastic) 弹粘塑性材料除了要定义弹塑性材料所定义的属性之外，在平衡方程中还需引入一个以时间为自变量的限制条件(Perzyna Law or Norton law with threshold)。