CAE預(yù)作實(shí)驗(yàn)報(bào)告

重慶理工大學(xué)材料成形CAE報(bào)告課程名稱姓名XXX班級(jí)XXX學(xué)號(hào)XXX日期XXX2011年11月

實(shí)驗(yàn)課程名稱：材料成形CAE院系材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)班級(jí)材料成形與控制工程姓名XXX成績(jī)工藝產(chǎn)品名稱檔位齒輪成形工藝分析指導(dǎo)教師胡建軍（實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下6個(gè)方面內(nèi)容，表格不夠可加頁(yè)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理三、使用儀器、材料四、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等）六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析一、試驗(yàn)?zāi)康模ǘ嘟榻B具體產(chǎn)品的背景和想法）-1.了解傳統(tǒng)的體積成形工藝設(shè)計(jì)與成形分析的方法，掌握體積成形產(chǎn)品的成形難點(diǎn)和工藝設(shè)計(jì)要素；-2.DEFORM成形軟件把體積成形的理論和數(shù)值模擬結(jié)合起來(lái)，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行成形工藝分析；-3.學(xué)會(huì)從模擬分析的后處理結(jié)果中預(yù)測(cè)、分析體積成形或開(kāi)裂等缺陷；-4.了解如何針對(duì)不同的模擬分析結(jié)果和可能出現(xiàn)的不同缺陷對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和有效改進(jìn)。二、實(shí)驗(yàn)原理（多寫(xiě)工藝考慮和選擇）?1有限元分析概述對(duì)于一般的工程受力問(wèn)題，希望通過(guò)平衡微分方程、變形協(xié)調(diào)方程、幾何方程和本構(gòu)方程聯(lián)立求解而獲得整個(gè)問(wèn)題的精確解是十分困難的，一般幾乎是不可能的。隨著20世紀(jì)五六十年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展、以及工程實(shí)踐中對(duì)數(shù)值分析要求的日益增長(zhǎng)，并發(fā)展起來(lái)了有限元的分析方法。有限元法自1960年由Clough首次提出后，獲得了迅速的發(fā)展；雖然首先只是應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，但很快就廣泛應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)、成形工藝等連續(xù)問(wèn)題。-2塑性有限元的基本概念金屬塑性變形過(guò)程非常復(fù)雜，是一種典型的非線性問(wèn)題，不單包含材料非線性，也有幾何非線性和接觸非線性。因此，塑性有限元與線彈性有限元相比也就復(fù)雜得多，這主要體現(xiàn)為：1.由于塑性變形區(qū)中的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系為非線性的，為了便于求解非線性問(wèn)題，必須用適當(dāng)?shù)姆椒▽?wèn)題進(jìn)行線性化處理；一般采用增量法（或稱逐步加載法），即將物體屈服后所需加的載荷分成若十步施加，在每個(gè)加載步的每個(gè)迭代計(jì)算步中，把問(wèn)題看作是線性的。塑性問(wèn)題的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系不一定是一一對(duì)應(yīng)的；塑性變形的大小，不僅取決于當(dāng)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，而且還決定于加載歷史；而卸載與加載的路線不同，應(yīng)變關(guān)系也不一樣；因此，在每一加載步計(jì)算時(shí)，一般都應(yīng)檢查塑性區(qū)內(nèi)各單元是處于加載狀態(tài)，還是處于卸載狀態(tài)。塑性變形中，金屬與工模具的接觸面不斷變化；因此，必須考慮非線性接觸與動(dòng)態(tài)摩擦問(wèn)題。塑性理論中關(guān)于塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與硬化模型有多種理論，材料屬性有的與時(shí)間無(wú)關(guān)，有的則是隨時(shí)間變化的粘塑性問(wèn)題；于是，采用不同的理論本構(gòu)關(guān)系不同，所得到的有限元計(jì)算公式也不一樣。-3剛（粘）塑性有限元的基本原理在塑性加工的體積成形工藝中，變形體產(chǎn)生了較大的塑性變形，而彈性變形相對(duì)很小，可以忽略不計(jì)，此時(shí)可認(rèn)為是剛塑性問(wèn)題，如鍛造、擠壓等；相應(yīng)地則可以用剛塑性有限元法分析。剛塑性有限元法是在馬爾可夫（Markov）變分原理的基礎(chǔ)上，引入體積不可壓縮條件后建立的。四、實(shí)驗(yàn)步驟-1.三維造型與模具設(shè)計(jì)-1）對(duì)指定的二維產(chǎn)品圖，使用ugNX2.0造型；-2）根據(jù)產(chǎn)品模型，確定成形工藝并將成形模具工作部分和所需坯料進(jìn)行造型；-3）將所得三維模型轉(zhuǎn)換為STL格式，取好相應(yīng)的文件名，比如。Topdie.stl,botdie.stl,billet.stl。2.網(wǎng)格劃分和前處理1）打開(kāi)deform軟件，新建一個(gè)文件，文件取名name.key;2）打開(kāi)前處理文件界面分別增加工具體，topdie和bottomdie（workpiece已經(jīng)存在）。3）在各個(gè)工具體上相應(yīng)導(dǎo)入幾何體（就是前面所導(dǎo)出的stl文件。4）檢查上述幾何體幾何狀況。5）對(duì)坯料進(jìn)行網(wǎng)格劃分（有熱傳導(dǎo)情況模具也應(yīng)劃分網(wǎng)格）6）為坯料定義材料（有熱交換的也需要對(duì)模具定義材料）7）定義工具體的速度（對(duì)軋制等給定坯料的初速度）8）定義邊界條件，坯料性能（體積補(bǔ)償）9）定義控制的單位和模擬類(lèi)型，以及步長(zhǎng)和運(yùn)算停止條件。10）自動(dòng)靠模和邊界接觸的定義。11）檢查并生成分析所需db文件12）進(jìn)行模擬分析，完成或觀察后處理結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等）1產(chǎn)品圖2模具三維圖形JJ.EW-日E?寸告凸模坯料凹模2模具三維圖形JJ.EW-日E?寸告凸模坯料凹模3工藝參數(shù)材料網(wǎng)格數(shù)目摩擦系數(shù)成形溫度模擬步數(shù)每步步長(zhǎng)20CrMoV200000.25800-820oC1000.02mm4等效應(yīng)變圖Stress-Effective206LoadPredictionZLoad(N)23803841904307142823047SD77六Stress-Effective206LoadPredictionZLoad(N)23803841904307142823047SD77分析結(jié)果的應(yīng)變圖形可以看出，此產(chǎn)品完全可以一次成形，沒(méi)有出現(xiàn)折迭和充不滿等缺陷，應(yīng)該說(shuō)此工藝是成功的，不過(guò)從應(yīng)變狀態(tài)看，工藝還有優(yōu)化的空間，可以從模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)一步優(yōu)化材料流動(dòng)，將應(yīng)變均勻化。利用DEFORM-3D有限元分析軟件，模擬金屬的流動(dòng)規(guī)律和力能關(guān)系，能夠有效幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化工藝參數(shù)和模具設(shè)計(jì)，減少模具的前期開(kāi)發(fā)費(fèi)用