列车顶盖成型模拟分析报告
本次模拟成型分析零件图如下：
通过零件图，我们可以看出，该零件较为简单而且为中心对称体，所以初步决定采用一步锻压直接成型，经计算分别采用100x100x110的坯料与85x85x175的坯料进行模拟分析，变形速度分别采用5mm/s,10mm/s。四种方案进行求解，来优化设计。下面是对最优化方案85x85x175坯料变形速度为10mm/s 进行分析求解的过程。
Deform模拟分析的基本思路为：1.导入模型2.模型前处理3.求解、后处理结果分析。
1.导入模型
根据体积不变的原理，对锻件坯料体积进行计算，包含加工余量在内，最终求得坯料体积约为1280cm3，最终决定采用85x85x175的方形坯料。
然后由pro/e对坯料进行绘制，再绘制出上下模，转存为stl格式，导入deform中进行前处理：
坯料
上模下模2.模型前处理
设置运动步数，每步移动距离等相关参数。
对坯料进行网格划分，选择材料，由于要做热传导，所以对模具也要进行网格划分。
其中坯料初始温度为1080°C 上下模为300°C
设置上模运动
由于所做为四分之一断面，还要添加坯料以及模具的边界条件。
坯料边界条件
上模边界条件
下模边界条件
通过上下模与坯料的干涉，最后得到关系图如图:
设置模拟条件添加接触关系等如图：
检查生成数据，开始求解：
3.求解、后处理。
（1）成型后温度变化如图所示：
变形速度10mm/s 变形速度5mm/s
50步变形温度
100步变形温度
变形速度10mm/s 变形速度5mm/s
165步最终成型时变形温度
根据后处理结果，我们可以看到，坯料成型过程中，由于上下表面与模具接
触，所以散热较快，而中心部分，由于变形产生能量，无法良好散热，所以温度
变化较小，而由于变形速度的不同，温度下降速度在100步以后也出现了明显的
差异，10mm/s的变形速度的边缘一点的温度只降到了952°，而5mm/s的变形速
度的边缘一点的温度则降低到了830°。从材料的塑性来讲，温度越高金属材料
的塑性也就越好，所以10mm/s的变形速度，最后在圆角边角的成形较5mm/s的
变形速度的成形更为优异。而纵观整体来看，其变形过程中的温度变化也比较符
合坯料敦粗的温度变化过程。
(2)两种不同坯料成型过程中金属流动的速度与方向
85x85x175 （85步） 100x100x110
（120步）
如图示其中85步时，85x85的坯料在成型过程中，其侧面金属流动方向和速度都较为一致，相反100x100的坯料在成型过程中其侧面的速度不相一致，有快有慢，造成了最终边缘出现了缺陷，影响了其成形性。而到达120步时，前者图示中右部分的速度明显要快于后者，也就是说在图示右部分中的边角最终成形前者要早于或者说好于后者。
（85步）
（120步）
由图我们可以看出，在85步时前者工件下部分圆角部分的金属流动已经开始充形，而后者金属还未完全落入下模型腔内部。而观其与下模圆角接触部分可以很明显的看出，前者由于坯料坐入下模型腔，金属沿着圆角的方向自然的向外扩展，而后者由于尺寸大于下模型腔，固坐在型腔之上，而成形过程中金属流动较为混乱，还沿着模具圆角形成了一个类似于折角的形状，对成型十分不利。当到达120步时，边角成型的效果更佳明显，后者金属还没有开始成形，这也是初始粗皮料方案最终边角成型不好的原因所在，综上所述选择85x85x175的坯料进行加工。
以上六幅图是85x85x175坯料在变形最后阶段（分别为155 157 159 161 163 165步）的金属流动反向与速度的展示，我们可以看出，最后成型阶段，金属优先充满下模型腔边角，而后充满上模型腔的边角部分。最后得到的工件边角成型与整体的成型都比较完整。再通过最终剪边的工序得到完整的工件，这里我们不予讨论。我们得到最终完整的工件如下图所示：
总结：
本次模具设计采用了pro/e对工件进行反求，拔模斜度为5°，由于工件形状较为简单，固未加飞边槽。模拟过程中由于工件中心对称，固采用对其四分之一进行求解来简化模拟过程进而减少时间，通过三种不同方案的对比分析，最终选取了最优化方案坯料为85x85x175，变形速度为10mm/s,的加工方案，通过一步锻压成型，得到的的结果较为良好。通过这次分析报告，不仅使本人更加熟练的掌握了deform这款软件的运用，更加体会到了模拟分析软件在金属成型工艺优化中的重要作用。试想若没有模拟分析的过程，凭空很难想象常规来讲的比较好的“短粗”型坯料在成型过程中产生的缺陷，却在改变为平时认为不好的宽厚比比较大的“细高”形坯料加工后得到了弥补。而且可以看到变形过程中的没一点的温度速度，以及表面质量的变化。
本次分析报告只对温度与变形速度进行了浅析，其余变量由同组其他人员进
行分析。
材料的属性窗口可以通过按材料属性图标(参见图2.2.1)材料的属性对话框显示在图第2.2.2。为了模拟获得高精确度，其非常重要的是需要理解DEFORM中指定材料的性能。用户在模拟中需要知道指定材料种类的作用。本节描述材料数据,可以指定为一个变形模拟。不同的数据集是: 弹性数据 热数据 塑性数据 扩散数据 再结晶晶粒再生长 硬度估计数据 折断数据 本节讨论的方式来定义每个这些数据集的,哪些类型的模拟每种所需。 图第2.2.2:定义阶段和混合物DEFORM-3D内。 2.2.1阶段和混合物 材料组织可以分为两大类,有规律的和混合。对于大多数应用程序的形成需要低于转换温度变形,属性定义了常规材料或单阶段材料。然而当操作在高温条件下,材料经历相变的地方是重要模型转换,并为每个阶段涉及到定义属性和组这些阶段混合气的材料。例如一个通用的钢存在的奥氏体、贝氏体,马氏体,等等。在热处理上面的每个阶段可以转换到另一个阶段。所以任何材料集团,可以转换到另一个阶段应该被分类为一个阶段材料。混合材料的所有阶段的合金系统和一个对象可以被指定这种混合材料如果体积分数计算数据。
图2.2.3:定义数据弹性材料。 2.2.2弹性数据 弹性数据是弹性材料和弹塑材料的变形分析所必要的。这三个变量用来描述属性的弹性变形是杨氏模量、泊松比和热膨胀。 杨氏模量 杨氏模量用于弹性材料和弹塑性材料屈服点以下。它可以被定义为一个常数或作为温度的函数,密度(用于粉末金属),占主导地位的atom内容(例如,碳含量),或温度的函数和atom内容。泊松比 泊松比之间的比率是轴向和横向疲劳。它是需要弹性和弹塑性材料。它可以被定义为一个常数或作为温度的函数,密度(用于粉末金属),占主导地位的atom内容(例如,碳含量),或温度的函数和atom内容。 热膨胀系数 热膨胀系数定义体积应变变化引起的温度。它可以被定义为一个常数或作为温度的函数。弹性的身体温度变化是定义为节点温度之间的区别和指定的参考温度(REFTMP): εth = α(T - T0) α是热膨胀系数,T0的参考温度和T是物料温度。对弹塑性体热膨胀阻输入在预处理程序是值的平均值热膨胀和有限元计算的瞬时(切)值的平均值。 ?εth = α*?T α*是正切的热膨胀系数,T是物料温度 实验数据的热膨胀和转换工具可用 用户界面现在可以直接进入切线热膨胀系数作为温度的函数,或者用户也可以导入瞬时值可以从实验数据(参见图2.2.4)。在导入该瞬时值,用户需要表明如果这些录音是基于加热或冷却测试和参考温度。这个瞬时热膨胀数据转换为可以平均数据。(也称为割线的,这些数据在要
学生学号0120801080128 实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名朱春东、钱东升 学生姓名王丹丹 学生专业班级成型0801 2011-- 2012学年第一学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
DEFORM-3D塑性成形CAE应用教程 第一章塑性成形CAE技术 本章学习目标：了解塑性成形CAE技术及国内外现状；了解塑性成形技术的特点；了解DEFORM-3D软件的发展、特点及功能。 本章教学要点： 知识要点能力要求相关知识 塑性成形CAE技术现状了解塑性成形CAE技术及国内外现状CAE技术及塑性成形 CAE的定义、优点及 常见技术 塑性成形技术的特点了解塑性成形技术的特点各种类型的常见塑性 成形技术原理及变形 特点 DEFORM-3D软件了解DEFORM-3D软件的发展、特点及功能了解有限元法及 刚黏塑性有限元法导入案例： 随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的日益成熟，CAE技术模拟分析金属在塑性变形过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广泛的应用。 CAE技术的成功运用，缩短了模具和新产品的开发周期，降低了生产成本，提高企业的市场竞争能力。 锻件预成形后的坯料应力分布 塑性成形CAE技术 塑性成形CAE的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。一方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答；另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作。 国外现状 金属塑性成形技术 金属塑性成形技术是现代制造业中金属加工的重要方法之一，它是金属坯料在模具的外力作用下发生塑性变形，并被加工成棒材、板材、管材以及各种机器零件、构建或日用器具等技术。 金属塑性成形加工的作用如下： (1）塑性成形可将金属坯料内的疏松和空洞性缺陷压实，提高其性能和质量。 (2）塑性成形引起再结晶，从而改变金属坯料铸态偏析，改善金属坏料组织结构。
Deform-3d热处理模拟操作 热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位。随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求。热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异，也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象。Deform-3d 软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员，通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。减少批量报废的质量事故发生。 热处理模拟，涉及到热应力变形、热扩散和相变等方面，因此计算很复杂，软件采用牛顿迭代法，即牛顿-拉夫逊法进行求解。它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根等。 但由于目前Deform-3d软件的材料库只带有45钢、15NiCr13和GCr15等三种材料模型，而且受到相变模型的局限，因此只能做淬火和渗碳淬火分析，更多分析需要进行二次开发。 本例以45钢热处理淬火工艺的模拟过程为例，通过应用Deform-3d 热处理模块，让读者基本了解热处理工艺过程有限元模拟的基本方法与步骤。 1 、问题设置 点击“文档”（File）或“新问题”（New problem），创建新问题。在弹出的图框中，选择“热处理导向”(heat treatment wizard)，见图1。 图1 设置新问题 2、初始化设置 完成问题设置后，进入前处理设置界面。首先修改公英制，将默认的英制
学生学号28 实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名朱春东、钱东升 学生姓名王丹丹 学生专业班级成型0801 2011-- 2012学年第一学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。
实验课程名称材料成型数值模拟
D E F O R M软件
DEFORM软件 DEFORM简介 Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。 前处理器：主要包括三个子模块（1）数据输入模块，便于数据的交互式输入。如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件；（2）网格的自动划分与自动再划分模块；（3）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。 模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的，Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和Newton－Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果 后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等 DEFORM功能 1. 成形分析 冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析（DEFORM所有产品）。
丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金和超合金（DEFORM所有产品）。 用户自定义材料数据库允许用户自行输入材料数据库中没有的材料（DEFORM所有产品）。 提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息。 刚性、弹性和热粘塑性材料模型，特别适用于大变形成形分析（DEFORM所有产品）。 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。 完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形（DEFORM所有产品）。 用户自定义子函数允许用户定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数（DEFORM-2D，3D）。 网格划线（DEFORM-2D，PC，Pro）和质点跟踪（DEFORM所有产品）可以分析材料内部的流动信息及各种场量分布、温度、应变、应力、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了（DEFORM所有产品）。 自我接触条件及完美的网格再划分使得在成形过程中即便形成了缺陷，模拟也可以进行到底（DEFORM-2D，Pro）。 多变形体模型允许分析多个成形工件或耦合分析模具应力（DEFORM-2D，Pro，3D）。
Deform 3D二次开发步骤 为了在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。当前国际上虽然有多个知名商业软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能。庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过用户子程序，用户就能根据自己的需要增加自己的微观组织预测功能。 为了使DEFORM3D软件具有微观组织演化预测功能，本研究尝试将包含动态再结晶的热刚—粘塑性材料本构模型植入到DEFORM3D中，并在模拟结果中能够显示晶粒度等用户变量在变形体内的分布。在研究出具体开发步骤前，必须要对Defom中的程序有所深入了解。 一、DEFORM3D二次开发基础理论 1、用户子程序结构 本研究的DEFORM3D二次开发涉及到的子程序有：USRMSH、USRMTR、UFLOW、USRUPD（含USR和CHAZHI）。 （1）可以改变几乎所有变量的子程序（USRMSH）
子程序功能：该子程序包含了有限元计算中所有的全局变量，通过这个用户子程序，可以修改所有这些变量。但这些全局变量的改变将直接影响有限元的计算，处理不当就会使整个程序不能正常进行。 在DEFORM3D子程序功能中，所有的用户变量必须在USRUPD子程序中定义。本文的用户子程序中共定义了18个用户单元变量。各用户变量的含义如列表所示。 该子程序用于某些必要数据的获取和存储流程图如下图所示： （2）流动应力子程序（USRMTR、UFLOW） SUBROUTINE USRMTR（NPTRTN，YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP）SUBROUTINE UFLOW（YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP）子程序的变量含义：NPTRTN：应力模型编号；YS：流动应力；YPS：流动应力对等效应变的导数；FIP：流动应力对等效应变速率的导数；TEPS：等效应变；EFEPS：等效应变；TEMP：温度。 子程序USRMTR和UFLOW运行时需要输入：应力模型编号、等效应变、等效应变速率、温度。子程序执行完后将输出：流动应力值、流动应力对等效应变的导数，流动应力对等效应变速率的导数。这几个变量可以用用户定义变量来计算。
实验报告 实验名称EFORM-3D镦粗仿真实验实验课程锻造工艺及模具设计 指导教师 专业班级 姓名 学号 2013年4月 1 日
实验一DEFORM-3D镦粗仿真实验 1 实验目的与内容 实验目的 通过DEFORM软件平台实现镦粗过程的仿真模拟实验。了解材料在不同工艺条件下的变形流动情况，熟悉镦粗变形工艺特点。掌握圆柱体镦粗过程的应力应变场分布特点。 实验内容 运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。 图1 镦粗实验模型 （一）工艺条件 上模：Φ200×50，刚性材料，初始温度200℃； 下模：200×200×40。 工件：16钢，尺寸如表1所示。 序号圆柱体直 径，mm 圆柱体高 度，mm 摩擦系数， 滑动摩擦 加热温 度℃ 锤头运动速度， mm/s 镦粗行程 1 80 150 0 900 500 40 2 80 150 1200 500 40 3 80 250 0 900 500 40 4 80 250 1200 500 40 （二）实验要求
（1）运用三维如阿健绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl格式输出； （2）设计模拟控制参数； （3）DEFORM前处理与运算； （4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图； （5）比较方案1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因； （6）提交分析报告及分析日志文件（log）。 2 实验过程 1）建模 通过UG将压缩的模型绘制出来，分别为坯料圆柱直径80mm高150mm和圆柱直径80mm高250mm,并将它们各自的三部分分别导出为stl格式，并保存。2）镦粗模拟 a. 打开一个deform软件，新建一个文件。（Insert object）添加坯料Workpiece，上模Top Die，下模Bottom Die，并导入相应的之前保存的stl格式文件（Import）； b. 修改坯料的General，其中设定Object Type为plastic，AssignTemperature 为给定的900/1200；(Mesh)将坯料分为20000/40000份，并预览（Preview），General Mesh；选择坯料的材料（Material）为16号钢；在Property中计算坯料的体积，选择自动计算（Active）; c. 修改Top Die的General，其中设定Object Type 为Rigid，Assign Temperature 为200；设定其Movement 速度为500in/sec; d. 设定Bottom Die 的General ，其中设定Object Type 为Rigid，Assign Temperature 为200； e. 设定Simulation Control 中的Units为SI，Step中的Starting Step Number 为-1，Number of Simulation Steps 为40，Step Increment to Save 为1，Primary Die 为Top Die ,With Constant Die Displacement为1in.，然后点击OK。 f. 设置摩擦系数，分别为0和 g. 保存并检核（Check），然后退出 h. 运行（Run） 3）后处理 可以通过选择查看压缩的每一步的变形过程，Damage ，Strain-Effective ，Strain Rate -Effective ，Stress Effective ，Stress Max-Principal ，Temperature ，以及载荷行程曲线等。通过这些参数来检查所设定的这些数据是否合理。 3 实验结果及讨论 1）变形过程（抓取6步） 第一组数据：
铜陵学院课程实验报告 实验课程材料成型计算机模拟 指导教师 专业班级 姓名 学号 2014年05月11日
实验一 圆柱体压缩过程模拟 1 实验目的与内容 1.1 实验目的 进一步熟悉AUTOCAD 或PRO/E 实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM 软件的前处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM 软件分析压缩变形的变形力学问题。 1.2 实验内容 运用DEFORM 模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。 （一）压缩条件与参数 锤头与砧板：尺寸200×200×20mm ，材质DIN-D5-1U,COLD ，温度室温。 工件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表1所示，温度700℃。 （二）实验要求 （1）运用AUTOCAD 或PRO/e 绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl 格式输出； 砧板 工件 锤头 图1 圆柱体压缩过程模拟
（2）设计模拟控制参数； （3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）； （4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态； （5）比较实验 1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因； （6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。 2 实验过程 2.1工模具及工件的三维造型 根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。 2.2 压缩过程模拟 2.2.1 前处理 建立新问题：程序→DEFORM6.1→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“Forging”→ Finish→进入前前处理界面； 单位制度选择：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。 添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”、“topdie”、“bottomdie”。 定义对象的材料模型：在对象树上选择workpiece →点击General按钮→选中Plastic 选项（塑性）→点击Assign Temperature按钮→填入温度，→点击OK按钮；在对象树上选择topdie →点击General按钮→选中Rigid选项（刚性）→点击Assign Temperature 按钮→填入温度，→点击OK按钮→勾选Primary Die选项（定义为extusion dummy block 主动工具）→如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选Primary Die选项）。 调整对象位置关系：在工具栏点击Object Positioning按钮进入对象位置关系调整对话框→根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系→点击OK按钮完成； 模拟控制设置：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Simulation Title栏中填入“tuble extrusion”或“stick extrusion”→在Operation Title栏中填入“deform heat transfer”→选中SI选项，勾选“Defromation”选项，点击Stemp按钮→在Number of Simulation Stemps 栏中填入模拟步数→Stemp Increment to Save栏中填入每隔几步就保存模拟信息→在Primary Die栏中选择extusion dummy block（以挤压垫为主动工具）→在With Constant Time Increment栏中填入时间步长→点击OK按钮完成模拟设置； 实体网格化：在对象树上选择workpiece→点击Mesh →在Number of Elements卡上填入需要的网格数，如15000→点击Generate Mesh →工件网格生成； 说明：工模具不作分析，可以不进行网格划分。 设置对象材料属性：在对象树上选择workpiece→点击Meterial→点击other→选择DIN-CuZn40Pb2→点击Assign Meterial完成材料属性的添加； 设置主动工具运行速度：在对象树上选择topdie →点击Movement→在speed/force选
Deform-3D（version6.1）使用步骤 Deform—3D是对金属体积成形进行模拟分析的优秀软件，最近几年的工业实践证明了其在数值模拟方面的准确性，为实际生产提供了有效的指导。Deform—3D的高度模块化、友好的操作界面、强大的处理引擎使得它在同类模拟软件中处于领先地位。 以下将分为模拟准备、前处理、求解器、后处理四部分简要介绍Deform—3D的使用步骤。 一、模拟准备 模拟准备阶段主要是为模拟时所用的上模、下模、坯料进行实体造型，装配，并生成数据文件。 实体造型可通过UG、Pro-e、Catia、Solidworks等三维作图软件进行设计，并按照成形要求进行装配，最后将装配体保存为STL格式的文件。该阶段需要注意的是STL格式的文件名不能含有中文字符；另外对于对称坯料，为了节省求解过程的计算时间并在一定程度上提高模拟精度（增加了网格数量），可把装配体剖分为1/4，1/8或更多后再进行保存。 二、前处理 前处理是整个数值模拟的重要阶段，整个模拟过程的工艺参数都需要在该阶段设置，各参数设置必须经过合理设置后才能保证模拟过程的高效性和模拟结果的准确性。 首先打开软件，新建（new problem）→选择前处理（Deform-3D preprocessor）→在存放位置（Problem location）选项卡下选择其他（other location）并浏览到想要存放deform 模拟文件的文件夹→下步的problem name可任意填写。注意：所有路径不能含有中文字符。 simulation controls）→改变单位（units）为SI，接受 弹出窗口默认值；选中模式（mode）选项卡下热传导（heat transfer）。 导入坯料、模具并设置参数： 导入毛坯： 1、general：通常采用刚塑性模型即毛坯定义为塑性（plastic），之后导入的模具定义为刚性 （rigid）；温度（temperature）：根据成形要求设定坯料预热温度（温热成形时一定注意）； 材料（material）：点击load选择毛坯材料，若材料库中没有对应的材料可选择牌号相近的。 2、geometry：importgeometry from a file：从保存的STL格式文件中找到坯料，导入后会在 左侧窗口显示出预览，然后点击check GEO检查模型，务必保证出现下图椭圆中数值。
材料本构模型是实现计算机数值模拟的前提条件之一，【关于计算机数值模拟技术的发展介绍】 本论文所采用的有限元模拟软件DEFORM-3D进行材料的微观组织模拟介绍，DEFORM-3D 有限元软件是集成了原材料、成形、热处理和机加工为一体的软件，可用于分析各种塑性体积成形过程中金属流动以及材料的应力、应变和温度等物理场量的分布变化情况，同时提供了材料的流动、模具间的填充、成型过程的载荷量、模具所受应力、材料的纤维流向、成型过程的坯料形成、材料的韧性断裂以及金属微观组织结构等信息。 为了实现在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。当前国际上虽然有多个知名商业有限元软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能;或者软件具有微观组织变化的本构模型，但仍需使用者输入材料的参数方可进行，而软件不提供材料的参数;故很多软件都淡化此微观组织演化分析模块。庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过编制用户子程序就能实现对微观组织演化的预测功能。 用户自定义本构模型的输入方法 在当今的科学研究方向中，新材料的开发占据了一个重要的角色。不同的材料工作者开发了不同的新材料，得到了不同的本构模型，需要对这种新材料进行模拟，为了满足这种需求，DEFORM提供了两种用户自定义本构模型的输入方法： （1）以函数形式输入本构模型。DEFORM提供了若干常用本构模型，如图4.6所示。若用户的本构模型与系统提供的本构模型一致，则可直接输入其相关系数即可；若用户的本构模型在系统中不存在，则可通过二次开发编程的方式将用户的本构模型加入到DEFORM中，然后在图4.6中选择“User routine”并输入所调用的本构模型子程序的编号。 (2)以数据形式输入本构模型。DEFORM还允许通过输入数据的方式来定义材料的塑性流动行为。具体方法是根据材料的真应力一真应变曲线，取若干个数据点，逐个输入该材料在某个温度、某个变形速率和某个真应变下的真应力。该方法的优点是既不用求取材料的本构模型，也不用进行二次开发编程，就可以定义材料的塑性流动行为，同时，若输入的数据点较多，得到的精度比输入函数形式的本构方程要精确得多。 本论文采用第一种方式，基于windows平台的DEFORM编程接口将求取的本构方程输入到DEFORM中。 文件配置 在windows操作系统中，在向DEFORM-3D/-2D中加入用户子程序之前，要对一些文件作相关配置，具体方法如下： 1） 先C:\DEFORM3D\V6_1\目录下的DEF_SIM.exe文件和C:\DEFORM3D\V6_1\UserRoutine\DEF_SIM\目录下的def_usr.f文件作一个备份；这两个文件是在安装完DEFORM-3D后就会自动生成的文件；因为本文的二次开发将会先对def_usr.f
课题: 材料成型计算机模拟系别: 机械工程学院专业班级: 11级材控1班 指导教师: 金标 组别: 第五组 2014年6月
第一章课程设计容及任务分配.................................................................................................................. - 1 - 1.1 概述.......................................................................................................................................................... - 1 - 1.2 设计目的.................................................................................................................................................. - 1 - 1.3 设计容...................................................................................................................................................... - 1 - 1.4 设计要求.................................................................................................................................................. - 1 - 1.5 挤压方案任务分配.................................................................................................................................. - 2 - 第二章工艺参数.......................................................................................................................................... - 3 - 2.1 工艺参数的设计...................................................................................................................................... - 3 - 2.1.1 摩擦系数的确定.................................................................................................................................... - 3 - 2.1.2 挤压速度的确定.................................................................................................................................... - 3 - 2.1.3 工模具预热温度的确定........................................................................................................................ - 3 - 第三章模具尺寸的确定.............................................................................................................................. - 4 - 3.1 挤压工模具示意图.................................................................................................................................. - 4 - 3.2 模具尺寸的确定...................................................................................................................................... - 4 - 3.2.1挤压模结构尺寸的确定......................................................................................................................... - 4 - 3.2.2 挤压筒结构尺寸的确定...................................................................................................................... - 6 - 3.2.3 挤压垫的结构及尺寸确定.................................................................................................................... - 7 - 第四章实验模拟及数据提取分析............................................................................................................ - 8 - 4.1挤压工模具及工件的三维造型............................................................................................................... - 8 - 4.2 挤压模拟.................................................................................................................................................. - 8 - 4.3 后处理...................................................................................................................................................... - 9 - 4.4分析数据................................................................................................................................................... - 9 - 4.5 坯料温度对挤压力的影响.................................................................................................................... - 10 - 4.6 坯料预热温度对破坏系数的影响........................................................................................................ - 11 - 个人小结........................................................................................................................................................ - 12 - 参考文献........................................................................................................................................................ - 21 - 附表《塑性成型计算机模拟》课程设计成绩评定表
上机实验DEFORM软件的基本操作 1实验目的 了解认识DEFORM软件的窗口界面，掌握DEFORM软件的前处理、后处理的操作方法与技能，学会运用DEFORM软件分析实际问题。 2实验内容 （1）运用DEFORM绘制或导入各模具部件及坯料的三维造型； （2）设计模拟控制参数； （3）定义模具及坯料的材料； （4）完成模具及坯料的网格划分； （5）调整模具和坯料的相对位置； （6）设定模具运动； （7）设定变形边界条件； （8）生成数据库； （9）利用后处理观察变形过程，绘制载荷曲线图，观察变形体内部应力、应变及损伤值分布状态； （10）制作分析报告。 图1圆柱体镦粗过程模拟 3实验步骤 3.1创建新项目 打开DEFORM软件，在DEFORM主界面单击设置工作目录为C:\DEFORM3D\PROBLEM。单击按钮，弹出Problem setup（项目设置）对话框，选择
使用Deform-3D preprocessor，单击进入项目位置设置对话框，直接单击进入项目名称设置对话框，在Problem name框中输入本项目名称“Upset”，进入DEFORM-3D前处理界面。 3.2设置模拟控制初始参数 单击Input/Simulation controls菜单或单击按钮进入模拟控制对话框，在对话框左侧的栏中选取Main窗口，如图2所示。设定模拟分析标题为“Upset”，操作名为“Upset”，Units单位制为“SI”，分析模式为变形“Deformation”，单击OK按钮，完成模拟控制的初始设置。 图2模拟控制初始设置 3.3创建对象 3.3.1坯料的定义 单击对象设置区的按钮，进入Workpiece对象一般信息设置窗口，。在Object name后面的框中输入“Billet”，单击其后的按钮，将对象名称改为“Billet”。在Object type（对象类型）中选择Plastic（塑性）。 单击对象设置区的按钮，进行对象几何模型的设置，单击 按钮，进入几何造型单元。采用圆柱体，输入其半径为100，高度为200，
DEFORM-3D基本操作入门QianRF 前言 有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于采用类型广泛的边界条件，对工件的几何形状几乎没有什么限制和求解精度高而得到广泛的应用。有限元法在40年代提出，通过不断完善，从起源于结构理论、发展到连续体力学场问题，从静力分析到动力问题、稳定问题和波动问题。随着计算机技术的发展与应用，为解决工程技术问题，提供了极大的方便。 现有的计算方法（解析法、滑移线法、上限法、变形功法等）由于材料的本构关系，工具及工件的形状和摩擦条件等复杂性，难以获得精确的解析解。所以一般采用假设、简化、近似、平面化等处理，结果与实际情况差距较大，因此应用不普及。 有限元数值模拟的目的与意义是为计算变形力、验算工模具强度和制订合理的工艺方案提供依据。通过数值模拟可以获得金属变形的规律，速度场、应力和应变场的分布规律，以及载荷-行程曲线。通过对模拟结果的可视化分析，可以在现有的模具设计上预测金属的流动规律，包括缺陷的产生（如角部充不满、折叠、回流和断裂等）。利用得到的力边界条件对模具进行结构分析，从而改进模具设计，提高模具设计的合理性和模具的使用寿命，减少模具重新试制的次数。通过模具虚拟设计，充分检验模具设计的合理性，减少新产品模具的开发研制时间，对用户需求做出快速响应，提高市场竞争能力。 一、刚（粘）塑性有限元法基本原理 刚（粘）塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，依据材料发生塑性变形时应满足的塑性力学基本方程，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种方法虽然无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但可使计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用这种方法可达到较高的计算效率。 刚塑性有限元法的理论基础是Markov变分原理。根据对体积不变条件处理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罚函数法和体积可压缩法），又可得出不同的有限元列式 其中罚函数法应用比较广泛。根据Markov变分原理，采用罚函数法处理，并用八节点六面体单元离散化，则在满足边界条件、协调方程和体积不变条件的许可速度场中 对应于真实速度场的总泛函为： ∏≈∑π（ｍ）＝∏（１，２，…，ｍ）（１） 对上式中的泛函求变分，得： ∑＝０（２） 采用摄动法将式（２）进行线性化： ＝＋ Δｕ ｎ（３） 将式（３）代入式（２），并考虑外力、摩擦力在局部坐标系中对总体刚度矩阵和载荷列阵，通过迭代的方法，可以求解变形材料的速度场。 二、Deform-3d基本模拟功能 切削machining（cutting） 成形forming 模具应力分析die stress analysis 滚轧shap and ring rolling 热处理heat treatment 三、Deform-3d 基本结构与方法