deform例子实用教案

1、1、 Deform3D有限元分析(fnx)软件介绍 Deform（Design Enviroment for Forming）有限元分析系统是美国SFTC公司开发的一套专门用于金属塑性成形的软件。通过在计算机上模拟整个加工过程，可减少昂贵的现场试验成本(chngbn)，提高工模具设计效率，降低生产和材料成本(chngbn)，缩短新产品的研究开发周期。 第1页/共137页第一页，共138页。2、 Deform有限元分析(fnx)软件的功能 分析冷、温、热锻的成形和热传导耦合 液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形 温度、应力、应变等值线的绘制。 模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺(g

2、ngy)过程 预测硬度、晶粒组织成分、含碳量 第2页/共137页第二页，共138页。3. Deform系统结构 Deform软件是一个(y )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。第3页/共137页第三页，共138页。 模拟器： 真正的有限元分析(fnx)过

3、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NewtonRaphson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。第4页/共137页第四页，共138页。 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(y b)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。第5页/共137页第五页，共138页。4、前处理功能(gngnng)操作第6页/共137页第六页，共138页。5、后处理功能(gngn

4、ng)操作第7页/共137页第七页，共138页。第二节 锻压(duny)模拟第8页/共137页第八页，共138页。一、实验目的熟悉模拟软件Deform的基本操作。认识锻压过程中材料各部位(bwi)的变形情况。第9页/共137页第九页，共138页。二、实验内容与步骤(bzhu)实验内容主要探讨不同锻压速度和摩擦条件对合金锻压结果的影响。第10页/共137页第十页，共138页。 STL格式三维CAD文件的准备（如图 所示），包括锻压(duny)工件、上模、下模三部分。 第11页/共137页第十一页，共138页。 三维CAD文件的系统(xtng)导入和网格划分 第12页/共137页第十二页，共138

5、页。 设置(shzh)模具的运动 第13页/共137页第十三页，共138页。 模拟(mn)控制设定 第14页/共137页第十四页，共138页。 对象间关系(gun x)设定 第15页/共137页第十五页，共138页。 生成(shn chn)数据库文件第16页/共137页第十六页，共138页。 锻压模拟(mn)运算 第17页/共137页第十七页，共138页。 后处理与结果( ji gu)分析 第18页/共137页第十八页，共138页。第三节 旋转(xunzhun)对称形状零件镦粗模拟第19页/共137页第十九页，共138页。一、实验目的熟悉旋转对称零件锻粗模拟过程认识锻压过程中材料各部位的变形(

6、bin xng)情况。第20页/共137页第二十页，共138页。实验内容主要介绍如何利用(lyng)问题的对称性简化模拟过程。对于对称体来说，模拟其成形过程，可以取整体的1/2、1/4、1/8或者更小的体积来进行模拟，从而节省模拟的时间，提高解题精度。第21页/共137页第二十一页，共138页。 STL格式三维CAD文件(wnjin)的准备 第22页/共137页第二十二页，共138页。 设定(sh dn)对称边界条件 第23页/共137页第二十三页，共138页。第24页/共137页第二十四页，共138页。 对象(duxing)间关系的设定 第25页/共137页第二十五页，共138页。 设定(s

7、h dn)模拟控制参数 第26页/共137页第二十六页，共138页。 旋转(xunzhun)对称零件镦粗后处理第27页/共137页第二十七页，共138页。第四节 工件与外界(wiji)热传导模拟 第28页/共137页第二十八页，共138页。一、实验目的熟悉如何模拟热传导过程认识模拟过程中材料各部位(bwi)的温度变化情况。第29页/共137页第二十九页，共138页。实验内容主要介绍如何进行工件的热传导模拟，对工件中各部分温度(wnd)随时间的变化情况有所认识。第30页/共137页第三十页，共138页。 设定模拟(mn)控制类型 第31页/共137页第三十一页，共138页。 设定(sh dn)模

8、拟控制参数 第32页/共137页第三十二页，共138页。 三维CAD文件的系统导入和网格(wn )划分 由于是对称零件，因此只需导入上模和方环的1/4模型。在Deform软件中，网格(wn )划分方式有两种，一种是相对网格(wn )划分，即用户指定固体单元数量，无论物体的形状多么复杂，单元的数量必须恒定。一种是绝对网格(wn )划分，由系统决定网格(wn )划分的总数，随着物体形状的复杂，单元的数量会随之增加。本例采用绝对网格(wn )划分方式。第33页/共137页第三十三页，共138页。 定义工件的对称(duchn)和传热边界条件 第34页/共137页第三十四页，共138页。 定义(dngy

9、)传热边界条件 第35页/共137页第三十五页，共138页。 工件与外界(wiji)热传导后处理结果第36页/共137页第三十六页，共138页。第五节 热模锻成形(chn xn)模拟第37页/共137页第三十七页，共138页。一、实验目的熟悉如何(rh)模拟变形过程中存在热传导的过程。认识模拟过程中材料各部位的变形和温度变化情况。第38页/共137页第三十八页，共138页。实验内容道钉成形过程(guchng)属于热模锻成形，在变形过程(guchng)中存在热传导现象，本例中为了准确的模拟其成形过程(guchng)不仅要模拟其锻造过程(guchng)，还要模拟其热传导过程(guchng)。 第3

10、9页/共137页第三十九页，共138页。 模拟控制(kngzh)设定 打开变形分析开关（Deformation）和热传导开关（Heat Transfer），此时两种分析均被激活，热力耦合分析被建立。第40页/共137页第四十页，共138页。 模拟总步数的确定与工件的最小网格和上模压下量有关(yugun)。在本例中模拟过程上模压下量是0.75in，工件的最小网格平均尺寸为0.06in，所以取0.25（最小网格尺寸的1/3到1/2）作为计算步长，通过计算步长，用上模总压下量除以计算步长得到总模拟步数为30步。第41页/共137页第四十一页，共138页。 三维CAD文件(wnjin)的系统导入和网格

11、划分 第42页/共137页第四十二页，共138页。 对上模具和下模具进行温度设定和网格(wn )划分及边界条件设定 第43页/共137页第四十三页，共138页。 对象(duxing)间关系设定 第44页/共137页第四十四页，共138页。 定义工件和模具(mj)的变形及热传导边界条件 第45页/共137页第四十五页，共138页。 下模的对称(duchn)面及热传导边界条件设置如图所示，上模的设置方式与下模相同 第46页/共137页第四十六页，共138页。 定义上模运动(yndng)并生成数据库文件 模具运动(yndng)方向为Z轴，运动(yndng)速度为2in/s。第47页/共137页第四十

12、七页，共138页。 后处理结果( ji gu) 第48页/共137页第四十八页，共138页。 通过模拟可以分析(fnx)模具所受载荷信息，下图为上模Z向载荷预测图。竖直线代表序列步，交点就是此序列步时上模具所受的载荷。第49页/共137页第四十九页，共138页。第六节 大型锻件连续(linx)加热模拟第50页/共137页第五十页，共138页。实验内容金属在锻前加热时，应尽快达到所规定的始锻温度，但如果温度升得太快，由于温度应力过大，可能造成坯料开裂，相反，升温速度过于缓慢，会降低生产率，增加燃料消耗等。加热规范是指金属坯料从装炉开始加热完了整个过程，对炉子温度和坯料温度随时间变化的规定。在实际

13、生产的加热过程中，不能对大型锻件的各个部位进行跟踪测温，因此应用Deform模拟软件对大型钢锭的加热曲线(qxin)进行模拟，根据模拟的结果就可以了解加热过程中大型钢锭各个部位温度的变化情况。第51页/共137页第五十一页，共138页。 设定模拟(mn)控制类型，如图所示。由于本例没有涉及到工件的变形，因此模拟(mn)类型只选择热传导，操作序号选择1 第52页/共137页第五十二页，共138页。 参数设定 工件温度设定为30，对称面及与环境(hunjng)进行热传导面的选择如图所示。在参数设定中，工件与环境(hunjng)的换热系数的设定是非常关键的，这关系到模拟结果的准确性。第53页/共13

14、7页第五十三页，共138页。 模拟(mn)步数的确定 第54页/共137页第五十四页，共138页。 第一阶段模拟(mn)结果 第55页/共137页第五十五页，共138页。 第二阶段用3h升温到875模拟(mn) 第56页/共137页第五十六页，共138页。 模拟(mn)步数的确定 第57页/共137页第五十七页，共138页。 第二阶段模拟(mn)结果 第58页/共137页第五十八页，共138页。 第三阶段工件在875保温(bown)3h模拟 第59页/共137页第五十九页，共138页。 第四阶段模拟(mn)结果 第60页/共137页第六十页，共138页。 第五阶段( jidun)模拟结果 第6

15、1页/共137页第六十一页，共138页。第七节 切削加工(ji gng)的模拟分析第62页/共137页第六十二页，共138页。一、实验目的介绍利用Deform软件(run jin)对切削加工过程进行模拟学会如何利用Deform建立切削加工模型第63页/共137页第六十三页，共138页。实验内容模型如图所示。工件旋转，刀具径向和轴向给进，达到层层切削工件表面(biomin)的目的。Deform3D软件专门提供了一个模拟切削、钻削的平台。第64页/共137页第六十四页，共138页。 下图为该软件模拟中的切削模型(mxng)，该模型(mxng)分别用进给量（Feed）、表面加工速度（Surface

16、speed）、背吃刀量（Depth of Cut）三个主要参数来描述切削加工过程。 第65页/共137页第六十五页，共138页。 进入切削(qixio)前处理界面，如图所示 第66页/共137页第六十六页，共138页。 设定工作条件 选择加工方式为旋转(xunzhun)加工（Turning），选择国际单位制（System International），选择整体使用国际单位制。第67页/共137页第六十七页，共138页。 给出加工参数：表面加工速度(sd)400mm/min，背吃刀量0.5mm，进给率0.3mm/r。第68页/共137页第六十八页，共138页。 刀具设定并进行( jnxng)网格

17、划分 第69页/共137页第六十九页，共138页。 选定工件材料(cilio)和网格 第70页/共137页第七十页，共138页。 模拟(mn)条件设定 第71页/共137页第七十一页，共138页。 刀具特性分析(fnx)设置 点击Die stress Analysis进入刀具特征分析(fnx)界面。第72页/共137页第七十二页，共138页。 刀具网格(wn )和约束设置 第73页/共137页第七十三页，共138页。 后处理分析 刀具应力、变形(bin xng)量 选择Machining1.DB文件进入后处理界面（如图）。从刀具的等效应力分布图可以看出，只有刀尖处切削金属，所以应力集中在切削刀

18、尖处 。选择Displacement下Total Disp，通过刀具刀尖棱线位移变化大小，来反映出刀具的塑性变化情况。从模拟结果可以看出最大变化量为0.00299m 。第74页/共137页第七十四页，共138页。第75页/共137页第七十五页，共138页。 查看刀具磨损(m sn)情况 第76页/共137页第七十六页，共138页。 工件的应力情况 选择Machining.DB文件进入后处理界面。可以查看不同步数工件的等效应力图，可以看出距离( jl)刀尖最近的金属应力值最大，最大值为1300Mpa。 第77页/共137页第七十七页，共138页。第八节 钢管(gnggun)热扩实例 第78页/共

19、137页第七十八页，共138页。实验目的对钢管高温下扩大(kud)口径过程进行模拟。正确认识制定大尺寸锻件锻前加热规范的重要性。 第79页/共137页第七十九页，共138页。实验内容无缝钢管在工业生产中用途广泛，运输管道(gundo)、矿井等大口径无缝钢管的需求量很大，所以用Deform软件模拟钢管的成形过程和状态参数，对分析钢管成形性能及指导实际生产具有重要的现实意义。模型工作原理：工件加热到高温，模具在驱动力的作用下沿着一定的方向进给，挡圈挡住工件的另一端，工件在锥形模具的作用下把工件的直径扩大 第80页/共137页第八十页，共138页。 三维CAD文件(wnjin)的系统导入 第81页/

20、共137页第八十一页，共138页。 工件划分单元(dnyun)网格 第82页/共137页第八十二页，共138页。 设定模拟控制参数，如图所示。 模拟步长数默认为100步，本例中模具(mj)前进500mm，模具(mj)速度为30mm/s，每一步增量为0.167。第83页/共137页第八十三页，共138页。 设定驱动条件 该模型需要锥模沿轴向运动，由于斜面越来越大从而(cng r)把钢管口径扩大，所以要给出锥模运动速度和运动方向。第84页/共137页第八十四页，共138页。 设定(sh dn)接触条件 第85页/共137页第八十五页，共138页。 设定计算过程(guchng)补偿量 第86页/共1

21、37页第八十六页，共138页。 后处理分析(fnx) 查看等效应力第87页/共137页第八十七页，共138页。 查看(chkn)破坏和变形速度 第88页/共137页第八十八页，共138页。第九节 大锻件初轧过程(guchng)模拟第89页/共137页第八十九页，共138页。实验目的熟悉如何模拟大锻件拔长过程掌握初轧过程中工件(gngjin)、模具的工艺参数设定步骤。 第90页/共137页第九十页，共138页。实验内容(nirng)大型锻件锻造，不仅能够得到一定形状和尺寸，更重要的是通过锻造可以改善钢锭的铸态组织，提高锻件的力学性能。铸造出来的钢坯内部存在许多缩孔和疏松，需要通过锻造来提高材料内

22、部的致密性，本例利用Deform软件的初轧向导介绍方形坯料初轧的模拟过程，从而对初轧再次加热和变形过程参数的设置有更深刻的理解。第91页/共137页第九十一页，共138页。 创建(chungjin)新项目，如图所示 第92页/共137页第九十二页，共138页。 设定公差 选择英制单位，弹出如图所示对话框，胎具是初轧时，支撑工件的零件，如果(rgu)用户不使用此零件，可以加入自己的支撑件。其余四项是模拟时的公差值。 第93页/共137页第九十三页，共138页。 设置材料及关键文件 模拟需要一个用户关键文件（USERHT.KEY），需要这个文件的目的(md)在于方便用户在文件中添加操作关键字，如果

23、用户没有特殊的操作关键字，可以提供一个命名为USERHT.KEY的空文档。第94页/共137页第九十四页，共138页。 设置轧件几何( j h)形状、定义尺寸 第95页/共137页第九十五页，共138页。 轧件网格(wn )划分 第96页/共137页第九十六页，共138页。 设置模具几何形状(xngzhun)、定义尺寸 第97页/共137页第九十七页，共138页。 模具网格(wn )划分 第98页/共137页第九十八页，共138页。 模具(mj)参数设定 第99页/共137页第九十九页，共138页。 设置胎具几何形状、定义(dngy)尺寸 第100页/共137页第一百页，共138页。 模具(m

24、j)网格划分 第101页/共137页第一百零一页，共138页。 胎具(tij)参数设定 第102页/共137页第一百零二页，共138页。 初轧工艺操作流程设定 进入工艺操作流程设定后，用户可以根据(gnj)提示添加再次加热的操作。这是因为坯料经过1道次轧制后，轧件温度降低很快，需要再次加热。 设置1道次参数第103页/共137页第一百零三页，共138页。第104页/共137页第一百零四页，共138页。 进刀过程热交换参数(cnsh)设定 第105页/共137页第一百零五页，共138页。 进刀过程变形(bin xng)参数设定 第106页/共137页第一百零六页，共138页。 设置2道次参数 设

25、置2道次进刀过程(guchng)热交换及变形参数 设定方法和1道次类似 第107页/共137页第一百零七页，共138页。 模拟预览及创建主文件 可以(ky)观测每一模拟步中模具的位置、胎具的位置 第108页/共137页第一百零八页，共138页。 初轧模拟(mn)后处理 第109页/共137页第一百零九页，共138页。第十节 高温(gown)压缩过程的再结晶模拟 第110页/共137页第一百一十页，共138页。实验目的熟悉如何模拟高温压缩(y su)中再结晶过程掌握再结晶过程中实验参数的设定步骤 第111页/共137页第一百一十一页，共138页。实验内容再结晶过程是材料成型过程中非常重要的一个环

26、节，它对组织控制起着至关重要的影响。又因为一般再结晶过程发生时温度(wnd)比较高，又影响再结晶过程的实验参数比较多，它们之间的相互关系比较复杂，所以实验时难以准确的得知再结晶过程是如何产生及进行的。本例利用Deform软件对高温硬质合金在高温压缩过程中的再结晶现象进行模拟，从而对再结晶过程有着更加深刻的理解。本实验过程分为两个部分，第一部分为高温压缩过程，第二部分为等温过程。第112页/共137页第一百一十二页，共138页。 模型的建立( jinl)以及网格的划分 第113页/共137页第一百一十三页，共138页。 模块的选择(xunz) 因为要模拟高温压缩的再结晶过程，所以在Mode设置中

27、要勾选Heat Transfer，Deformation，Grain三个选项，缺一不可。 第114页/共137页第一百一十四页，共138页。 模拟参数(cnsh)的设定 第115页/共137页第一百一十五页，共138页。第116页/共137页第一百一十六页，共138页。第117页/共137页第一百一十七页，共138页。 设定实验材料的原始(yunsh)状态，例如原始(yunsh)晶粒尺寸，平均晶粒尺寸，原始(yunsh)的再结晶率是多少等。第118页/共137页第一百一十八页，共138页。 压头参数的设置(shzh) 压头的温度设置(shzh)与实验材料一致。然后选中Movement选项卡，设

28、定压头的运动方向，运动速度等 第119页/共137页第一百一十九页，共138页。 接触( jich)条件的设置 第120页/共137页第一百二十页，共138页。 等温过程的参数(cnsh)设定 第121页/共137页第一百二十一页，共138页。 按照原先做等温模拟的步骤，继续进行( jnxng)设定即行，但是下面几点请注意： 在simulation Control的Mode中还是要选择Heat Transfer,Deform ,Grain三个选项。 在simulation Control的Operation Number设定为2以示与变形过程的1进行( jnxng)区分。 实验材料对外的传热系

29、数要求设定。 压头的运动不要忘了取消。第122页/共137页第一百二十二页，共138页。 高温压缩再结晶模拟(mn)结果 第123页/共137页第一百二十三页，共138页。第十一节 钢板(gngbn)热轧过程中轧制力的有限元模拟 第124页/共137页第一百二十四页，共138页。 实验目的 1、熟悉钢厂热轧生产的过程(guchng) 2、熟悉如何模拟钢板的热轧过程(guchng) 3、掌握热轧模拟过程(guchng)中工件、模具的工艺参数设定第125页/共137页第一百二十五页，共138页。 实验内容 轧制生产是钢厂生产环节一个十分重要的环节，轧制工艺不仅关系到钢板尺寸的控制，而且还与钢板性能有着紧密的关系。在轧制工艺中，轧制力是一个非常关键的因素，在轧制过程中，由于钢板温度的降低，应变速率的增大，应变量的增大都会使得轧机轧制力的增大，但是轧机的轧制力是