成型CAE实验报告完整版.doc

实验课程名称： 材料成型CAE实验 实验项目名称DEFORM-2D软件的操作与实例演练实验成绩实验者专业班级组别同组者实验日期11年12月9日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、 实验目的1） 了解认识DEFORM软件的窗口界面。2） 了解DEFORM界面中功能键的作用。3） 掌握利用DEFORM有限元建模的基本步骤。4） 利用DEFOR模拟铸造成型过程（包括Pre、Simulator、Post Processer）。二、 实验原理DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员： 设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。 提高工模具设计效率，降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。DEFORM-2D（二维）适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学研究。三、 实验步骤1DEFORM前处理过程（Pre Processer）1） 进入DEFORM前处理窗口。2） 了解DEFORM前处理中的常用图标3） 设置模拟控制4） 增加新对象5） 网格生成6） 材料的选择7） 确立边界条件8） 温度设定9） 凸模运动参数的设置10）模拟控制设定11）设定对象间的位置关系12）对象间关系“Inter-Object”的设定13）生成数据库14）退出前处理窗口2DEFORM求解（Simulator Processer）3DEFORM后处理（Post Processer）1)了解DEFORM后处理中的常用图标。2）步的选择3）真实应变4）金属流线5）载荷行程曲线第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）一、前处理1. 进入DEFORM前处理窗口在安装有WINdows操作系统和deform-2D软件的系统中，单击启动软件。选择file|new，增加一个新问题，出现问题设置窗口。保持系统设置不变，单击next按钮，打开deform-2D前处理器，进入前处理环境。如图所示：DEFORM前处理中常用的一些图标如下：规定所有模块控制和停止规范：规定对象材料性质：规定对象的对应关系 ：规定对象的摩擦关系 ：前处理完成后该菜单生成模拟所需的数据库 ：退出前处理，返回DEFORM主控窗口 ：使所有对象以合适比例显示在窗口中 ：返回上一个使用过的视图 ：对当前窗口截图，并保存为文件 ：显示为无网格图形 ：显示为网格图形 其他常用图形请参考：材料成型CAD/CAM/CAE基础-北京大学出版社出版表7-1。2. 设置模拟控制单击图标，打开“simulation control”窗口。在该窗口中改变模拟标题为newtrial，选择系统单位为“SI”，其他默认为系统设置，单击OK按钮退出窗口。如图所示：3. 增加新对象通过单击对象树下等插入对象按钮，添加新对象workpiece，单击按钮，为新增对象建立几何模型。单击edit按钮，出现一个空白表格，在表格中顺序顺序（逆时针）输入各特征点等坐标X、Y、R。输入完成后，单击apply按钮，将数据写入系统，此时系统中将显示所见图形。再次单击插入对象按钮，插入上下模Top die、bottom die。如图所示:4. 生成网格为了将workpiece生产网格，单击mesh按钮。在Tool标签下对网格数量进行选择，设置为2000，如图4.1.1所示。在detailed settings中将Size Ratio设置为1.如图所示：单击Generate Mesh按钮，生成网格如图所示：5. 材料的选择单击“workpiece使其高亮显示，单击材料按钮，右边显示材料选择窗口，单击steel，选择材料AISI-10251800-2200F(1000-1200C)。单击Assign Material按钮，将所选材料导入到Workpiece中，如图所示：6模拟控制设定单击图标，打开模拟控制窗口，再单击step按钮进入步控制，依次对各项进行设置，单击ok退出：7.确立边界条件单击按钮进入边界条件选择窗口，如图所示单击选择按钮，用鼠标选择左上角第一点，继续选择左下角第二点，两点选择后，毛坯对称中心轴将高亮显示，这便是毛坯的边界。边界选好后，单击按钮，“Velocity”会出现“X，Fixed”，说明边界条件已经确定。8.温度设定次单击“workpiece”、“Top Die”、“Bottom Die”中的general图标，在“Temperature”中单击Assign temperature按钮，输入合适的温度值，单击OK，使温度确定下来9设置对象间的位置关系单击按钮，弹出如图所示的窗口，在此窗口中可设定对象间的位置关系。单击interference按钮，显示如图所示的窗口。选择Positioning Object为“Workpiece”，“reference”中选择“Top Die”，在“Approach Direction”选择方向为“Y”，单击“Apply”按钮，毛坯与凸模的位置关系就确定了。同理设置“Bottom Die” 在“Approach Direction”选择方向为“-Y”，单击“Apply”按钮，毛坯与凹模的位置关系就确定了。10.对象间关系“Inter-Object”设定单击按钮，由于当前没有设定关系，会弹出一个对话框询问是否希望系统添加默认的关系，单击Yes按钮后，进入过盈对象关系设定窗口，如图所示：选择Top Die（1）workpiece，单击Edit，将constantly选项设置为0.3，其他为系统默认设置即可，单击close。同样设置Bottom Die（1）workpiece。单击图标，然后单击Generate All按钮，毛坯与凸凹模的接触即生成，单击Ok退出。如图所示：11.凸模运动参数的设置单击“Top die”，待其高亮显示后单击Movement图标，设定凸模的运动参数，如图9.1所示：12生成数据库单击按钮，出现如图9.1所示的窗口，单击Check按钮，开始对各项数据进行检查。检查无误后，单击Generate按钮生成数据库。单击Close按钮，退出该窗口。10.退出前处理窗口单击保存按钮，关闭前处理窗口。二Deform求解1.打开一个预保存的问题2.求解，单击Run，开始模拟，如图所示：当模拟完成后，将在信息文件的末尾增加下列信息三 Deform后处理当模拟完成后，单击“post processor”中的“Deform-2D Post”，弹出后处理窗口。这里我测量了镦粗后锻件底面半径的变化单击按钮，然后鼠标先后点击镦粗后锻件地面的两断点。如图所示：根据设计的步数分四次跟踪截取可以得到压下量(mm)底面半径(mm)最大半径(mm)2560.9666.155063.4872.617567.8080.1510075.0089.41第三部分 结果与讨论（可加页）一、小结、建议及体会通过老师的讲解和PDF的学习，初步运用了DEFORM进行简易的应用，通过镦粗的前处理和求解以及后处理，对DEFORM有了一个全面的认识，虽然只是材料成型方面的应用，没有涉及到热处理的学习，但感觉DEFORM很强大，如果能把AUTOCAD与DEFORM联系在一起能使自己的学习更加全面。实验课程名称： 材料成型CAE实验 实验项目名称正挤压成型有限元模拟实验成绩实验者刘济东专业班级成型0801组别同组者实验日期11年十二月11日第一部分：实验分析与设计（可加页）一、 实验内容描述（问题域描述）1.比较不同凹模锥角对正挤压金属流动的影响 凹模锥角a分别为45度，60度，120度，180度2.研究变形温度，摩擦因子和挤压速度对正挤压变形力的影响 1）比较不同变形温度对正挤压变形力的影响：20摄氏度，900摄氏度，1200摄氏度 2）比较不同摩擦因子m对正挤压变形力的影响：0.10，0.15，0.20，0.25，0.3 3）比较不同挤压速度对正挤压变形力的影响：5mm/s，10mm/s，20mm/s，40mm/s，100mm/s二、 实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑或者算法描述）1. 锥模角的比较（1） 以锥角为120度为例，记录实验步骤中的几个重要截图（1）在锥角为45度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：(2) 在锥角为60度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：(3)在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：(4)在锥角为180度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：2.温度的比较（1）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：（2）在锥角为120度，变形温度为900摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：（3）在锥角为120度，变形温度为1200摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：3.摩擦因子的比较（1）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.15，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：（2）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.20，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：（3）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.25，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：（4）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.3，挤压速度为5mm/s时，得出以下数据：5.挤压速度的比较（1）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为10mm/s时，得出以下数据：（2）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为20mm/s时，得出以下数据：（4）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为40mm/s时，得出以下数据：（5）在锥角为120度，变形温度为20摄氏度，摩擦因子为0.10，挤压速度为100mm/s时，得出以下数据：三、 主要仪器设备及耗材DEFORM-2D软件第二部分：实验调试与结果分析（可加页）一、 调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）实验过程通过使用控制变量法，利用十四次反复实验，对比出凹模锥角，变形温度，摩擦因子以及挤压速度对正挤压变形力的影响：实验记录现象以及数据如下：（1）当变形温度同为20摄氏度，摩擦因子同为0.10，挤压速度同位5mm/s的情况下，凹模角a分别为45度，60度，120度，180度时，正挤压金属流动越来越困难（2）各数据对变形力的影响1）不同温度对正挤压变形力的影响：20摄氏度：2.35e+006900摄氏度：2.23e+0061200摄氏度：1.92e+006 2）不同摩擦因子对正挤压变形力的影响： 0.10：2.30e+005 0.15：5.85e+005 0.20：1.76e+006 0.25：2.15e+006 0.30：2.24e+006 3）不同挤压速度对正挤压变形力的影响： 5mm/s：2.35e+006 10mm/s:2.01e+006 20mm/s:2.08e+006 40mm/s:1.98e+006 100mm/s:2.03e+006二、 实验结果及分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）1):温度对挤压变形力的影响曲线：2)摩擦因子对正挤压变形力的影响曲线：3）挤压速度对正挤压变形力的影响曲线：从以上所得表格可以大致得出结论：1.随着温度升高，正挤压变形力迅速变小，变小的趋势逐渐减慢；2.随着摩擦因子的增大，正挤压变形力逐渐增加；3.随着挤压速度的增加，正挤压变形力逐渐变小，切逐渐趋近平缓考虑到实验时前后使用分别使用了100步和50步进行模拟导致的纵向比较的误差，以及在后处理时直接改参数直接再运行的疏漏以外。结合实验中出现的一些问题。我猜想了以下几点有意思的结论。1) 不同摩擦因子对模具挤压受力是最明显的。随着摩擦因子增加，材料流动阻力增加，型材出口流速降低，这是在摩擦因子较大时导致很多次实验中无法完成拉伸的主要原因。解决的方法是加上圆角和更换工件材料。而前者的效果是最明显的。2) 在材料流出工作带时，模具受力达到最大值，模具载荷随着摩擦因子增加而增大，而与速度大小关系不大。这就是速度增大到一定值后模具受力趋近平缓的原因。3）在复杂形状铝型材挤压模具设计中，可以通过特征质点速度的跟踪方法，确定模具及工艺参数设计，达到调整不同部位材料流速的目的，从而改善型材截面上质点流速的均匀性，保证型材端面齐整，减少型材的内应力。三、 实验小结、建议及体会实验数据比较多，比较繁琐，但是基本步骤没什么变化，相对来说还是比较简单的，只是需要耐心一步步完成，这对于DEFPRM-2D的操作有很大的帮助，可以让我们熟练掌握基本操作。实验课程名称： 材料成型CAE实验 实验项目名称反挤压成形的有限元模拟实验成绩实验者刘济东专业班级成型0801组别同组者实验日期 11年 12 月 14日第一部分：实验分析与设计（可加页）一、实验内容描述（问题域描述）1.研究反挤压杯形件毛坯内部的多物理场分布和流线分布（坯料高径比为1）2.