铸造模拟软件培训资料

Experto User Manual
Experto 用户手册
(Version 3.0.13)
the collective centre of the Belgian technological industry
Experto 用户使用手册 (V3.0.13)
简介 (3)
安装 (3)
使用 (4)
1.Experto 程序启动 (4)
2.Experto 菜单 (4)
2.1 Project 项目 (5)
2.2 Viewer 显示 (9)
2.3 Mesh 网格生成 (23)
2.4 Solver 计算 (29)
2.5 Riser 冒口计算 (32)
2.6 Gating 浇铸系统计算 (33)
2.7 Check 查看 (35)
2.8 DataBase数据库 (36)
2.9 Tools 工具 (36)
2.10 Help 帮助 (36)
3Exporto 铸件设计步骤举例 (36)
4有限元热应力计算 (38)
4.1 使用FDM网格计算温度场 (38)
4.2 使用BFC 网格计算热应力 (54)
5 自建材料参数数据库 (61)
简介
Experto (ViewCast) 是基于有限体积元的铸造过程模拟软件。

通过数值模拟，它可以显示铸造过程中液态金属充型和凝固过程，确定缩孔和缺陷的位置。

Experto (ViewCast) 同时还提供冒口和浇铸系统的计算。

适用于低压铸造，高压铸造，重力铸造等铸造过程的铸件和浇铸系统的优化设计。

安装
将Experto (ViewCast) 安装CD插入光驱，安装程序将自行启动，根据桌面窗口的提示即可完成安装。

使用
1. Experto 程序启动
鼠标左键双击桌面上的图标启动Experto界面程序。

如下图所示，
图1 Experto 程序启动界面
2. Experto 菜单
图2 显示Experto的操作菜单。

从左至右分别为“项目，显示，网格生成，计算，冒口计算，浇铸系统，查看，数据库，工具和帮助”
图2 Experto的操作菜单
2.1 Project 项目
图3 显示项目子菜单。

由上而下分别是“新建，打开，打开最近项目，调用计算参
数，设置，重命名，压缩，解压，删除，保存图片，关闭”
图3 Project 子菜单
2 .1.1 New 新建
建立新的项目。

鼠标左键点击“New ”将弹出如下对话框，如图4。

用户可自行定义或选择工作路径和项目名称。

图4 新建项目对话框
2 .1.2 Open 打开
打开已存在的项目文件。

鼠标左键点击“Open”将弹出如下对话框，如图5，选择所需要的“*.vcm”文件，点击“Open”确定。

图5 打开存在的项目文件对话框
2.1.3 Open used 打开最近项目
打开最近使用过的项目文件。

在弹出的对话框图6中列出的是最近使用过的项目文件。

图6 打开最近项目对话框
2.1.4 Load 调用计算参数
从已存在的项目中调用几何模型，网格划分等参数用于当前项目的计算。

鼠标左键点击“Load”弹出与图5相似的对话框，在其中选择所需要的项目文件，点“OK”后会弹出如下对话框，如图7：
图7 调用计算参数对话框
在所希望调用的参数前的方框内打钩，点“OK”即可将已存在项目的计算参数用于当前项目运算，这样避免重复的工作，方便使用。

2.1.5 Setting 设置
图8 为显示设置对话框。

图8
2.1.6 Rename 重命名
将当前项目重新命名。

2.1.7 Zip 压缩
将当前项目文件压缩以便于复制或发送。

2.1.8 Unzip 解压缩
将压缩文件解压。

2.1.9 Delete 删除
删除当前项目。

2.1.10 Save Imagin 保存图片
将屏幕所显示的图像保存为图片文件以用于报告输出或动画制作(参见第5章)。

2.1.11 Exit 关闭
结束程序。

2.2Viewer 显示
图9 为显示项子菜单。

由上而下为别为“STL，几何模型，缩孔，流动停止，凝固，温度，固相分数，充型过程，流动速度，压力，显示粒子，跟踪曲线，变分曲线，浇注速度，跟踪温度曲线，有限元网格，位移，应力分布，应变分布，温度 (有限元)”
图9 显示子菜单
2.2.1STL
图10 STL文件显示选项
图10 为STL文件显示对话框。

第一个方框内显示当前项目中所有组件的STL文件列表。

第二个方框内显示组件的性质。

首先在第一个方框内点击希望显示的组件，然后在第二个方框内点击其对应的性质，此时在第三个方框内应当看到所选择的组件名称和性质。

如果需要同时显示多个组件则重复上述过程直到全部选中。

如果误选或希望删除某一组件，则直接在第三个方框内点击该项，该组件会被自动清除。

在图10 对话框下部有四个按钮，“OK”为确认，“Loading”为调用几何模型中选定的STL文件，“Reset”为全部清除选中的文件，“Cancel”为取消。

图11 STL 显示举例
图11显示一个例子。

当按下鼠标左键拖动时，可以旋转所显示的零件。

当按下鼠标
右键拖动时，可以改变显示零件的大小。

按下Shift 键，同时按下鼠标左键拖动可以移动显
示零件。

当Active cut 被选中时，通过调整X ，Y ，Z 方向上的数值可以显示零件某一位置的截面轮廓(白线所示)。

此时左手同时按下Ctrl 和Shift 键，按下鼠标左键在白色轮廓两点间拖动，可以显示所选两点的坐标和距离等信息。

2.2.2 Geometry 几何模型
显示网格。

显示该项需要先生成网格文件(参见2.3节)。

图12 显示一个例子。

图12 Geometry 显示举例
如图11所示，通过修改X ，Y ，Z 的上下限位置，可以显示零件在X ，Y ，Z 方向上
不同位置的截面。

通过设置显示内容，可以在屏幕上显示或隐藏铸件，砂箱，冷铁，保温材料等组件。

2.2.3 Shrinkage 缩孔
计算结束后显示铸件中缩孔位置，大小和金属比例。

图13 显示一个铸件和浇注系统凝固后的缩孔位置。

其中透明部分为无缩孔部位，蓝
色和黄色部位为缩孔部位。

标尺用颜色显示缩孔的金属比例。

通过对照彩色标尺，可以了解缩孔中金属比例。

点击X-Ray 框中Play 下的三角箭头可以自动增加或减小所显示的金属比例上下限。

通过修改XYZ 值可以选择显示某一截面。

Frame 框在本栏无效。

通过方向重置，可以将显示的方向设定到X ，Y ，Z 轴上。

Make Movie 按钮用于动画制作(参见第 5 章 )。

图13 Shrinkage 显示举例
2.2.4 Stop flow 流动停止时间
显示冷却过程中系统中某一位置被凝固金属枝晶所封闭，失去被补缩能力的时间。

图14 Stop flow 显示举例
图14为Stop flow 显示举例。

其工具条X-Ray框中为流动停止时间的上下限。

其余部分与缩孔显示中的工具条相同。

图中透明部分为其流动停止时间大于所设定的时间。

标尺用颜色显示流动停止时间。

通过与彩色标尺对照，可以确定整个体系中某一位置失去被补缩能力的时间。

2.2.5Solidification 凝固时间
显示冷却过程中液态金属凝固的顺序和时间。

图15为Solidification 显示举例。

其工具条X-Ray框中为液态金属凝固时间上下限。

其余部分与缩孔显示中的工具条相同。

图中透明部分为未凝固液态金属。

标尺用颜色显示凝固时间。

通过与彩色标尺对照，可以确定整个体系中某一位置液态金属完全凝固的时间。

图15 凝固时间显示举例
2.2.6 Temperature 温度
图16 温度分布显示举例
显示冷却过程中温度场的分布。

图16中，点击温度显示工具条Frame 框中前进，后退按钮可以显示不同时间体系中的温度分布。

所显示的温度分布帧图像对应的时间在工具栏最上方显示。

2.2.7 Fraction Solid 固相分数
显示冷却过程某一时刻单元的固相分数。

2.2.8 Mould Filling 充型过程
显示液态金属充型过程。

图17为Mould Filling 显示举例。

工具栏使用与显示温度场相同。

图17 Mould Filling 显示举例
2.2.9 流动速度
1
矢量
图18 流动速度矢量显示举例
2模度
图19 流动速度模度显示举例2.2.10压力
图20 压力显示举例
2.2.11颗粒示踪显示
图21 颗粒示踪显示举例2.2.12体积元温度监视曲线
图22体积元温度监视曲线举例
2.2.13变分曲线
图23变分曲线举例2.2.14浇注速度
图24浇注速度举例
2.2.15Finite Mesh有限元网格
从本条目开始，以下4条子菜单显示内容是基于有限元运算，显示铸件冷却过程中热应力，应变分布，变形等 (有限元计算参见第4章)。

Finite Mesh有限元网格显示用于计算的网格，边界条件等信息。

其二级子菜单如图25所示，由上而下显示内容分别为网格，边界条件和载荷，如图26所示。

图25 有限元网格二级子菜单
(a) 网格(b) 边界条件
(c) 载荷
图26 有限元网格显示举例
ExperTo 用户手册
2.2.16 Displacement 位移
显示冷却过程中铸件由于温度变化所发生位移。

图27 为Displacement 位移显示举例。

图中透明部分显示铸件原位置。

可根据情况调
节显示放大倍数以获得清晰图像。

Clipping 截面选择和Frame 帧选项框使用同前。

图27 位移显示举例
2.2.17 Stress Distribution 应力分布
显示铸件热应力分布。

图28 为应力分布显示的二级子菜单，由上而下对应显示X ，Y ，Z 方向正应力，
XY ，YZ ， XZ ，方向切应力， Von Mises 应力 以及主应力的分布。

图29 为一个热应力分布
显示举例。

通过彩色标尺上下限设定可以修改彩色标尺所对应的应力范围以获得更清晰的图
ExperTo 用户手册
像。

通过修改显示上下限设定，可以单独显示对应该上下限范围的部位，将所受应力不在该范围的部位显示为透明。

图28 应力分布二级子菜单
图29 应力分布显示举例
2.2.18 Strain Distribution 应变分布
显示铸件热应变分布。

ExperTo 用户手册
2.2.19Temperature (FEM) 温度(有限元)
显示通过有限元计算获得的温度场分布。

2.3Mesh 网格生成
图30 网格生成子菜单
图30显示网格生成项子菜单。

由上而下所对应的操作为： STL文件处理，生成网格，修改网格，网格核查，MBC设定。

2.3.1STL文件处理
在Experto中，铸件的网格生成是基于其STL文件的。

在浇注系统的装配过程中，有时会需要修改项目中的STL文件，比如冒口的移动或冷铁旋转等，或将多个组件合并以方便操作。

图31 为STL文件处理对话框。

处理文件时，首先在项目STL 文件列表框内鼠标左键单击需要修改的文件，然后在任务列表框单击要进行的操作，根据提示填入相应的数据和输出文件新文件名，单击“GO”按钮确认。

ExperTo 用户手册
图31 STL文件处理对话框
2.3.2Create 生成网格
图32为网格生成对话框。

生成网格步骤如下：
1.首先在文件列表中点击一个STL文件
2.在组件材料选择框点击相应的类型( 由上而下分别为金属，砂箱，冷铁，泥芯，保温
层，发热冒口，发热粉末，过滤器，空气，泡沫1，泡沫2，内冷铁，泥芯2)。

此时可以在选中框中看到文件名及其类型定义。

3.重复上述过程直到将所有组件选中。

误选时，在选中框中鼠标左键单击该项
即可删除。

4.设定未定义部分材料类型
5.填入铸件平均壁厚
6.输入生成网格文件名
7.选择网格产生方式
选择框中由上而下的选项分别为：
全自动凝固 - 自动给出所需砂箱尺寸
全自动充型 - 自动给出所需砂箱尺寸，浇口位置
自动 - 用户自己定义砂箱尺寸
手动修改–手工修改已有的网格文件再重新生成
交互式
基于范围
基于别的项目
计算体积
全自动低压
图32 生成网格对话框
8.对于轴对称或面对称铸件，可以只生成部分网格以节省运算时间。

对称位置
坐标可以根据STL文件信息的确定
9.填入XYZ方向上网格最大最小尺寸
10.点击按钮生成需要的网格
VTK 图像显示网格，不能用于计算
FEM 有限元网格，用于有限元热应力计算
Calculate 有限体积网格，用于凝固，充型计算
Calculate&Check 有限体积网格, 生成后自动核查是否有孤立网格
11.SFSM 网格的生成
SFSM网格可以更精确的计算和显示液态金属的充型过程。

生成SFSM网格所
需的时间要比生成有限体积网格长，而且对STL文件的要求也高，最好使用
单个STL文件。

在SFSM框打钩，直接点击Calculate即可生成SFSM网格。

如有必要，也可以修改对话框中的数据。

2.3.3Modify 手工修改已有网格
按上述步骤生成网格后，如果希望在局部调整网格尺寸，位置，可以使用手工修改方法。

手工修改对话框形式与生成网格对话框相同。

其操作步骤如下：
1.鼠标左键单击网格产生方式中的MODIFY选项
2.在弹出的文本编辑器显示有网格在XYZ方向上的坐标值，间距，序号等内
容，如图33a所示。

3.在图33例子中显示手动把X方向上坐标值为-56至-30范围内网格间距由
5mm调整为3mm的步骤。

首先在打开的编辑器中将文件中该范围的数值删除
如图33a，并重新输入所需要的坐标值，如图33b。

4.保存并关闭文件
5.点击Calculate 生成新网格文件
删除
(a)
输入新的
坐标值
(b) 图33 手工修改网格
2.3.4Check 核查网格
检查生成的网格中是否有错误
2.3.5MBC设定。

有限元边界条件设定，参见第4章。

2.4Solver 计算
在完成网格划分和参数设定后，就可以对项目进行模拟运算。

图34 是计算子菜单，由上而下分别对应重力铸造，低压铸造，高压铸造，有限元应力计算，热处理模拟。

图35显示各项模拟对应的二级子菜单，对于重力铸造和低压铸造(图35a)，有Mould Filling充型，Solidification凝固和Mould Filling&Solidification充型加凝固3种模拟运算。

在高压铸造模拟中(图35b)，有Mould Filling充型，Solidification凝固和Shot Sleeve压铸套筒模拟。

对于有限元热应力计算(图35c)，有With External Loads加外载，Thermal Mechanical Loading 热载荷，FEM Thermal Solution有限元热计算，Design Optimization优化设计运算。

图35d 显示热处理对话框。

图36是计算通用对话框。

图34 计算子菜单
(a) 重力，低压铸造
(b) 高压铸造
(c) 有限元热应力
(d) 热处理对话框图35 二级子菜单
图36 计算通用对话框
2.5Riser 冒口计算
Experto提供冒口计算及绘制的功能。

根据对铸件凝固过程的模拟，Experto给出铸件的凝固时间，需要补缩的金属体积，位置等信息，结合浇注系统的情况，用户可以设计冒口的数量，尺寸和位置。

图37为冒口计算子菜单，包括：冒口计算，冒口绘制，冒口数据库。

图37 冒口计算子菜单
2.5.1Calculator冒口计算
鼠标点击Calculator，将会弹出冒口计算对话框，如图38所示。

对话框能够自动加载项目凝固模拟所有参数，用户也可以选择或修改这些参数，鼠标点击“Go”按钮，冒口计算器在信息框中给出参考设计。

此时，用户可以根据情况修改冒口数量，然后点击“Ok”按钮，在在信息框中会给出新的参考设计。

填入冒口颈尺寸，点击“Result”按钮，在弹出的文本编辑器中将显示完整的冒口设计参数。

用户可根据这些参数用CAD软件或Experto的冒口绘制功能进行绘制冒口。

2.5.2Draw 冒口绘制
鼠标点击菜单下Draw，将会弹出冒口绘制对话框，如图39所示。

用户根据上一节冒口计算给出的结果填写冒口，冒口颈尺寸，冒口安放位置，选择冒口类型，冒口文件名，点击“Go”按钮，即可获得所需的冒口STL文件。

2.5.3RiserData冒口数据库
用户自定义的数据库。

图39 冒口绘制对话框
2.6Gating 浇铸系统计算
Experto提供浇注系统设计功能，根据对铸件充型，凝固过程的模拟，可以给出浇注系统设计优化参数，如浇道的截面尺寸等。

图40 是浇注系统计算子菜单，包括浇注系统计算器和浇注系统绘制。

图40 浇注系统计算子菜单
2.6.1浇注系统计算器
图41为浇注系统计算器对话框。

其使用方法与冒口计算器相似。

首先根据铸件充型，凝固模拟结果填写相应数据，点击“OK”按钮，计算器会在信息框中给出一个参考方案，用户根据实际情况填写浇道数等信息，点击“Calculate”按钮，即可在文本编辑器中看到优化后的浇注系统设计参数。

随后用户可以使用CAD软件或Experto来绘制浇注系统。

图41 浇注系统计算器对话框
2.6.2浇注系统绘制
图42是浇注系统绘制对话框。

可以用于简单的浇注系统绘制。

对于复杂的浇注系统。

建议用户使用CAD软件绘制。

图42 浇注系统绘制对话框
2.7 Check 查看
为了方便用户随时查看当前项目的注释，计算参数，网格等信息，Experto 提供查看
功能。

图43为Check 查看子菜单，由上而下查看内容分别为项目注释，网格信息，计算参数，计算结果，计算过程报告，冒口信息，浇注系统信息，终止运算进程，重建充型演示过程和网络报告生成。

图44为网络报告生成对话框，用户可以用它自动生成模拟报告，演示动画等(参见第5章) 。

图43 查看子菜单
浇注系统文件名
分叉点列表
图44 报告生成对话框
2.8DataBase数据库
Experto内建材料参数数据库。

用户也可以添加自己的材料数据。

2.9Tools 工具
主要用于显示隐藏工具条或软件使用许可设定。

2.10Help 帮助
提供帮助或软件信息。

3Exporto 铸件设计步骤举例
3.1Experto铸件浇注系统设计优化过程流程图
图45 Experto铸件浇注系统优化设计流程图
3.2实例演示
请观看随盘录像教程 ( L1.avi –L8.avi ) 。

4 有限元热应力计算
4.1使用FDM网格计算温度场
第一步：产生一个新的项目文件：项目*.vcw：
第二步：输入文件名:
第三步：点击可视模块 -> STL ->
选中的零件显示如下
第四步：生成 FDM 网格 :
点击新建网格,
选择
点击计算按钮，计算结束后点击可视模块→几何模型
第五步：设定受力边界条件和有限元网格FEM转换：点击
在PreSet 对话框中选择网格输入 Mesh input FDM Mesh(.geo)
点击PreSet 菜单项MecBC Plane (固定对称平面) or 2d~3d Zone or cylind Sf .选择相应的选项。

5.1 给定平面位置和固定自由度(例子). 在MBC Set 对话框选择“ plane”
填入N值，即需要设定的平面数( 在坐标
coordinate填入需要设定平面X 坐标值.
重复 5.1步骤完成另外 2个平面设定并在窗口中核定设置列表settings (100 表示 X 方向自由度被固定, 10 表示 Y 方向自由度固定, 1 表示 Z 方向被固定，111表示 XYZ 3D 所有自由度被固定).
然后点击 the OK按钮.
回到 PreSet 对话框，点击
在弹出的信息窗口上点击 OK.
点击主菜单→可视模块→ FEM Mesh→BC
查看 FEM 网格边界条件设定: 不同颜色和类型的点表示不同的限制设定
第六步：进行温度场计算，获得热载数据，点击主菜单模拟计算→重力铸造→凝固过程
6.1设定温度计算参数, 如下面的例子，在对话框填入或选择：
重复: 1 (默认值), 点击凝固 (默认值)
条件设定：
启动选中原始
结束选择时间
结束时间: 5000 (设定5000秒计算结束)。

如果选择温度控制则选中按铸件中的最高温度或 H按铸件中某点的最高温度，并填入结束计算的最高温度)。

选中铸模到空气 (表示一定时间后工件外部环境可以改变成另一种介质), 在对话框中把铸模转换成空气填入300， (表示300秒后外部介质由模子变为空气). 点击 OK 保存设置.
凝固模拟需要记录的文件: 对于热应力计算，温度 T(t)输出必须被选中。

记录温度数据 : 选中铸件单元。

合金材料选择：
金属 (Al alloy)→Alsi12→铸模 (Die steel)→填入温度 (金属初始温度 =650, 铸型 = 20)→
传热系数凝固过程 1100(默认值).
6.2Automatic time step 设定自动时间步长
Solidification: Yes , No (fill in n seconds /step)
6.3设置温度和热载输出时间步长 (依具体铸件或需要决定)
点击写入文件的间隔 写入文件的间隔窗口弹出此例中设 3个阶段.
时间 < 100 s 10 秒输出一次
时间 < 1000 s 100 秒输出一次
时间 < 5000 s 500 秒输出一次
点击OK按钮保存设置.
点击开始计算按钮开始温度场计算.
6.4打开ViewCast Viewer→点击主菜单Viewer→ Temperature (FEM ) 查看温度数值和
变化
第七步：设置应力计算参数
点击
PreSet 窗口的菜单。