Deform-3d熱處置模擬操作全解

Deform-3d熱解決模擬操作熱解決工藝在機(jī)械制造中占有十分重要的地位。隨著機(jī)械制造當(dāng)代化和熱解決質(zhì)量管理當(dāng)代化的發(fā)展，對(duì)熱解決工藝提出了更高的規(guī)定。熱解決工藝過(guò)程由于受到加熱方式、冷卻方式、加熱溫度、冷卻溫度、加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間等影響，金屬內(nèi)部的組織也會(huì)發(fā)生不同的變化，因此是個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，同時(shí)工藝參數(shù)的差別，也會(huì)造成熱解決加工對(duì)象硬度過(guò)高過(guò)低、硬度不均勻等現(xiàn)象.Deform—3d軟件提供一種熱解決模擬模塊，能夠協(xié)助熱解決工藝員，通過(guò)有限元數(shù)值模擬來(lái)獲得對(duì)的的熱解決參數(shù)，從而來(lái)指導(dǎo)熱解決生產(chǎn)實(shí)際.減少批量報(bào)廢的質(zhì)量事故發(fā)生.熱解決模擬，涉及到熱應(yīng)力變形、熱擴(kuò)散和相變等方面，因此計(jì)算很復(fù)雜，軟件采用牛頓迭代法，即牛頓-拉夫遜法進(jìn)行求解.它是牛頓在17世紀(jì)提出的一種在實(shí)數(shù)域和復(fù)數(shù)域上近似求解方程的辦法.多數(shù)方程不存在求根\t”http：///s/_blank”公式，因此求精確根非常困難，甚至不可能，從而尋找方程的近似根就顯得特別重要。辦法使用函數(shù)f（x）的http：///s/_blank”泰勒級(jí)數(shù)的前面幾項(xiàng)來(lái)尋找方程f（x）=0的根.牛頓迭代法是求\t"。/s/_blank"方程根的重要辦法之一，其最大優(yōu)點(diǎn)是在方程f(x）=0的單根附近含有平方收斂,并且該法還能夠用來(lái)求方程的重根、復(fù)根等.但由于現(xiàn)在Deform-3d軟件的材料庫(kù)只帶有45鋼、15NiCr13和GCr15等三種材料模型，并且受到相變模型的局限，因此只能做淬火和滲碳淬火分析，更多分析需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā).本例以45鋼熱解決淬火工藝的模擬過(guò)程為例，通過(guò)應(yīng)用Deform-3d

熱解決模塊，讓讀者基本理解熱解決工藝過(guò)程有限元模擬的基本辦法與環(huán)節(jié).

1

、問(wèn)題設(shè)立點(diǎn)擊“文檔”(File）或“新問(wèn)題”（Newproblem），創(chuàng)立新問(wèn)題。在彈出的圖框中,選擇“熱解決導(dǎo)向”（heattreatmentwizard)，見(jiàn)圖1。

圖1

設(shè)立新問(wèn)題2、初始化設(shè)立完畢問(wèn)題設(shè)立后,進(jìn)入前解決設(shè)立界面。首先修改公英制，將默認(rèn)的英制（English）修改成公制（SI)，同時(shí)選中“形變”（Deformation)、“擴(kuò)散”（Diffusion）和“相變”(Phasetransformation），見(jiàn)圖2。HYPERLINK”http：///showpic.html"\l”blogid=416ab5da0101q8ir&url=http：///pic/001ch374gy6J05gJLNw32"圖2

初始化設(shè)立3、輸入幾何體在工件幾何體輸入對(duì)話框內(nèi)，選擇從數(shù)據(jù)庫(kù)或核心文獻(xiàn)夾（Importfromageometry，。KeyorDBfile）中輸入，見(jiàn)圖3。輸入的文獻(xiàn)必須是STL格式的,見(jiàn)圖4。

\t"http：///s/_blank”圖3

輸入幾何體HYPERLINK”http：///showpic.html"\t”http：///s/_blank”圖4

選擇幾何體文獻(xiàn)4、網(wǎng)格劃分工件輸入后，能夠進(jìn)行網(wǎng)格劃分.這里取網(wǎng)格數(shù)8000；表面網(wǎng)格構(gòu)造（Structuredsurfacemesh）中,層的數(shù)量取1；層厚度（Layerthickness)為0。005；厚度模式(Thicknessmode)取與外形尺寸成比例（Ratiotooveralldimension），見(jiàn)圖5。*其實(shí)層厚度是默認(rèn)好的，點(diǎn)擊圖標(biāo)，就會(huì)顯示默認(rèn)的數(shù)據(jù)，然后點(diǎn)擊“OK”，完畢設(shè)立，見(jiàn)圖6。網(wǎng)格生成后的工件三維圖形見(jiàn)圖7。\l”blogid=416ab5da0101q8ir＆url=/pic/001ch374gy6J05tSzsZ91”\t”。/s/_blank”

圖5

網(wǎng)格劃分HYPERLINK”/showpic。html”\l”blogid=416ab5da0101q8ir&url=。/pic/001ch374gy6J05zkWnhfb"圖6

層厚度設(shè)立\l”blogid=416ab5da0101q8ir&url=http：///pic/001ch374gy6J05tSzsZ91"\t"。cn/s/_blank”圖7

網(wǎng)格生成后的工件三維圖形

5、材料設(shè)立1）選擇從數(shù)據(jù)庫(kù)或核心文獻(xiàn)夾（Importfrom。DBor.KEYfiles)中輸入，見(jiàn)圖8.由于數(shù)據(jù)庫(kù)和核心文獻(xiàn)夾尚未建立,因此在選擇從數(shù)據(jù)庫(kù)或核心文獻(xiàn)夾選項(xiàng)后,不要直接點(diǎn)下一步，而是點(diǎn)擊高級(jí)（Advanced），這時(shí)會(huì)彈出材料設(shè)立對(duì)話框，見(jiàn)圖9。

blogid=416ab5da0101q8ir＆url=http：///pic/001ch374gy6J05GCCva74”\t”http：///s/_blank”圖8

材料輸入blogid=416ab5da0101q8ir&url=/pic/001ch374gy6J04LKURb41”\t"/s/_blank”圖9

材料設(shè)立2）在材料設(shè)立對(duì)話框中點(diǎn)擊從材料庫(kù)中加載（Loadfromlib.).并在彈出的對(duì)話框中選擇“Steel”,“AISI-1045_HeatTreatment”,類似國(guó)產(chǎn)45鋼，并加載，見(jiàn)圖10.加載后，材料列表中會(huì)顯示材料型號(hào)以及相變名稱,這里顯示的是45號(hào)鋼以及奧氏體、珠光體和馬氏體，見(jiàn)圖11。

圖10

選擇鋼號(hào)blogid=416ab5da0101q8ir&url=。/pic/001ch374gy6J04I0kWE44"\t”http：///s/_blank"圖11

加載后的材料列表3）輸出材料保存到核心文獻(xiàn)夾。點(diǎn)擊輸出（Export），在核心文獻(xiàn)夾中選擇材料并保存，見(jiàn)圖12。圖12

保存到核心文獻(xiàn)夾4）打開(kāi)保存到核心文檔中的材料并加載,完畢材料的設(shè)立,見(jiàn)圖13。\t"http：///s/_blank”圖16加熱爐設(shè)立2）加熱爐參數(shù)設(shè)立：點(diǎn)擊“減號(hào)”，去掉“Media1”,將熱傳遞系數(shù)（Heattransfercoefficient)改成0。1，選中輻射“Radiation"見(jiàn)圖17。HYPERLINK”/showpic。html”\t"http：///s/_blank"圖17加熱爐參數(shù)設(shè)立3）添加介質(zhì)水：點(diǎn)擊“加號(hào)”，在彈出的圖框中填寫(xiě)“water",將默認(rèn)的熱傳遞系數(shù)修改為“7”，取消選擇輻射，見(jiàn)圖18。

圖18介質(zhì)水的設(shè)立4）添加區(qū)域1（Zone1）在區(qū)域設(shè)立欄中，點(diǎn)擊“添加",會(huì)自動(dòng)生成“Zone1"，見(jiàn)圖19.HYPERLINK”/showpic。html"\t”http：///s/_blank”圖19添加區(qū)域15）寫(xiě)入對(duì)流系數(shù)在常數(shù)（Constant）項(xiàng)的下拉菜單中，選擇與溫度關(guān)聯(lián)“f（temp。)”，見(jiàn)圖20。寫(xiě)入對(duì)流系數(shù)(Convectioncoefficient），具體見(jiàn)圖21。

圖20選擇f（Temp)

blogid=416ab5da0102uw20＆url=。cn/pic/001ch374gy6K07B7ZjJf3"\t”http：///s/_blank”圖21溫度與對(duì)流系數(shù)設(shè)立TemperoratureConvectionCoefficient202.12502。85006.87504。010002。58、工藝程序設(shè)立工藝程序設(shè)立涉及，持續(xù)加熱（冷卻）時(shí)間、介質(zhì)、溫度等參數(shù)設(shè)立。這里設(shè)立了三個(gè)階段，分別為預(yù)熱階段升溫階段和冷卻淬火階段，其中預(yù)熱和升溫介質(zhì)為加熱爐（Heatingfurnace)，冷卻淬火介質(zhì)為水(Water)。1）預(yù)熱階段：溫度550°C，持續(xù)加熱時(shí)間1800秒；2）升溫階段:溫度900°C,持續(xù)加熱時(shí)間7200秒;3）冷卻階段:溫度20°C,持續(xù)冷卻時(shí)間600秒。同時(shí)在開(kāi)始操作(Startoperation）欄目中，選擇“2”.詳見(jiàn)圖22。圖22工藝程序設(shè)立9、模擬控制設(shè)立

模擬控制對(duì)話框見(jiàn)圖23。按默認(rèn)好的步數(shù)定義為“自動(dòng)",每步溫度變化為“5"，每步時(shí)間最大最小為“0.001"和“10”，步數(shù)增量為“10".附加邊界條件中由于沒(méi)有考慮對(duì)稱設(shè)立，因此欄目保存空白,見(jiàn)圖23。在固定節(jié)點(diǎn)邊界條件設(shè)立中，選擇點(diǎn)擊“自動(dòng)設(shè)立（Auto）”，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)固定節(jié)點(diǎn)邊界條件已添加的回答,點(diǎn)擊“OK”、完畢固定節(jié)點(diǎn)邊界條件設(shè)立，見(jiàn)圖24.然后再點(diǎn)擊“Finish”，出現(xiàn)圖25的回答，大意是數(shù)據(jù)庫(kù)、核心文獻(xiàn)等已成功創(chuàng)立，請(qǐng)退出并回到主窗口進(jìn)行模擬運(yùn)行。HYPERLINK”http：///showpic。html”\l”blogid=416ab5da0102uw20＆url=http：///pic/001ch374gy6K07FuXof8b”\t"http：///s/_blank”圖23模擬控制

圖24固定節(jié)點(diǎn)邊界條件已經(jīng)添加提示圖25創(chuàng)立數(shù)據(jù)庫(kù)文獻(xiàn)已經(jīng)成功提示(tobecontinued）10、模擬和后解決在主窗口課題目錄（Directory）中，選擇需要模擬的文獻(xiàn),然后在模擬器（Simulator）欄目中，點(diǎn)擊運(yùn)行(Run）,開(kāi)始模擬。模擬進(jìn)行狀況能夠從信息（Message）窗口觀察到。

HYPERLINK”http：///showpic。html”\l”blogid=416ab5da0102uxvh&url=http：///pic/001ch374gy6KCbbt1he18"\t"/s/_blank”圖26模擬運(yùn)行模擬達(dá)成指定的步數(shù)或時(shí)間后模擬停止，這時(shí)點(diǎn)擊退出圖標(biāo),退出模擬。再次打開(kāi)主窗口，在目錄欄中選中課題，然后在后解決器中點(diǎn)擊“Deform-3dPost"進(jìn)入后解決窗口.熱解決模擬的后解決窗口應(yīng)涉及下列內(nèi)容：（1)圖形顯示窗口（2)步數(shù)選擇和動(dòng)畫(huà)播放器(3）圖形狀態(tài)選擇按鈕（4）圖形位置控制按鈕(5）狀態(tài)變量選擇與分析按鈕熱解決模擬的后解決分析：1、加熱和冷卻過(guò)程動(dòng)畫(huà)播放為了播放加熱和冷卻過(guò)程的動(dòng)畫(huà)，應(yīng)先在狀態(tài)變量選擇菜單內(nèi),選擇溫度（Temperature）,然后再點(diǎn)擊播放器，在顯示窗口觀察加熱和冷卻的變化過(guò)程.見(jiàn)圖27.

圖27加熱和冷卻過(guò)程模擬2、加熱和冷卻溫度分布均勻度分析1)剖切零件為了分析溫度分布均勻度，需要將工件剖切。能夠應(yīng)用剖切（Slicing）分析工具,將對(duì)話框中的模式選為“1Point+Normal”,在輸入欄內(nèi)，將P行的X坐標(biāo)值修改成“1"，點(diǎn)擊“OK”完畢零件的剖切。*如果要盡量在圓柱體的中心位置進(jìn)行剖切，就需要進(jìn)行中心點(diǎn)的坐標(biāo)。默認(rèn)的P點(diǎn)Y、Z軸的坐標(biāo)為“0”,因此只要計(jì)算X軸的坐標(biāo)點(diǎn)就能夠了，一種辦法采用拉動(dòng)圖標(biāo)下方的滑標(biāo)，大致放在中間位置即可。要精擬定位，需要通過(guò)計(jì)算，能夠根據(jù)滑尺兩端的數(shù)字相加后除2.本例計(jì)算以下:(—35.934+16.054）/2=-9.94,見(jiàn)圖28、圖29。\l”blogid=416ab5da0102uxvh＆url=http：///pic/001ch374gy6KCbmeUo2c2”\t”。cn/s/_blank”圖28剖切設(shè)立\t”http：///s/_blank”圖29剖切后的零件2)定點(diǎn)跟蹤設(shè)立點(diǎn)擊“定點(diǎn)跟蹤分析”（Pointtracking)按鈕，彈出的對(duì)話框見(jiàn)圖30。圖30定點(diǎn)跟蹤設(shè)立對(duì)話框沿工件剖面的對(duì)角線選擇幾個(gè)點(diǎn)，如圖31的P1、P2、P3。/s/_blank”圖31選擇跟蹤點(diǎn)這時(shí)，在定點(diǎn)跟蹤設(shè)立對(duì)話框內(nèi)自動(dòng)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)的坐標(biāo)位置,見(jiàn)圖32。點(diǎn)擊“Next”和“Finish”完畢跟蹤設(shè)立。圖32定點(diǎn)跟蹤設(shè)立

3）溫度均勻度分析

在狀態(tài)變量菜單中選擇溫度，在窗口即會(huì)顯示溫度的定點(diǎn)跟蹤曲線，見(jiàn)圖33.HYPERLINK”http：///showpic。html”\t"http：///s/_blank"圖33溫度的定點(diǎn)跟蹤曲線從曲線中能夠分析,三個(gè)點(diǎn)的溫度基本是一致的，這是由于工件尺寸較小，加熱保溫時(shí)間充足造成的。圖34顯示的是較大尺寸工件的定點(diǎn)跟蹤曲線,三個(gè)點(diǎn)的溫度明顯產(chǎn)生差別。圖35為較大工件的溫度均勻度定點(diǎn)跟蹤曲線,圖36顯示的是較大尺寸工件冷卻時(shí)，剖面上溫度均勻度分布狀況。HYPERLINK”http：///showpic。html"\t"http：///s/_blank"圖34溫度分布的定點(diǎn)跟蹤HYPERLINK”/showpic.html”\l”blogid=416ab5da0102uxvh＆url=http：///pic/001ch374gy6KCcmGbkk28"\t"http：///s/_blank"

圖35溫度均勻度分析

3、殘存應(yīng)力的定點(diǎn)跟蹤分析熱解決淬火后會(huì)留有殘存應(yīng)力,嚴(yán)重的話，會(huì)造成零件變形。圖36是等效殘存應(yīng)力定點(diǎn)跟蹤分析曲線，最大殘存應(yīng)力位于零件表面。圖36殘存應(yīng)力定點(diǎn)跟蹤分析4、硬度的定點(diǎn)跟蹤分析圖37為硬度的定點(diǎn)分析，由于工件尺寸小,溫度均勻,因此硬度也比較均勻。圖38是較大尺寸工件的硬度分析。硬度明顯不一致，表面硬度交高，中心硬度最低.\l”blogid=416ab5da0102uxvh&url=http：///pic/001ch374gy6KCcqpIqref”\t"http：///s/_blank"圖37硬度的定點(diǎn)跟蹤分析HYPERLINK”http：///showpic.html"\t”http：///s/_blank"圖38