DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程

DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第1章塑性成形CAE技術(shù)北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★

了解塑性成形CAE技術(shù)及國內(nèi)外現(xiàn)狀；★了解塑性成形技術(shù)的特點；★了解DEFORM-3D軟件的發(fā)展、特點及功能?！颈菊陆虒W要點】知識要點能力要求相關(guān)知識塑性成形CAE技術(shù)現(xiàn)狀了解塑性成形CAE技術(shù)及國內(nèi)外現(xiàn)狀CAE技術(shù)及塑性成形CAE的定義、優(yōu)點及常見技術(shù)塑性成形技術(shù)的特點了解塑性成形技術(shù)的特點各種類型的常見塑性成形技術(shù)原理及變形特點DEFORM-3D軟件了解DEFORM-3D軟件的發(fā)展、特點及功能了解有限元法及剛黏塑性有限元法導入案例隨著計算科學的快速發(fā)展和有限元技術(shù)應(yīng)用的日益成熟，CAE技術(shù)模擬分析金屬在塑性變形過程中的流動規(guī)律在現(xiàn)實生產(chǎn)中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。CAE技術(shù)的成功運用，縮短了模具和新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場競爭能力。鍛件預(yù)成形后的坯料應(yīng)力分布塑性成形CAE技術(shù)

塑性成形CAE的特點是以工程和科學問題為背景，建立計算模型并進行計算機仿真分析。一方面，CAE技術(shù)的應(yīng)用，使許多過去受條件限制無法分析的復雜問題，通過計算機數(shù)值模擬得到滿意的解答；另一方面，計算機輔助分析使大量繁雜的工程分析問題簡單化，使復雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時間，避免了低水平重復的工作。國外現(xiàn)狀目前，一些發(fā)達國家在這方面已達到了較高的水平。國際上不少先進的大型通用有限元計算分析軟件的開發(fā)已達到較成熟的階段并已商品化。就CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用而言，西方發(fā)達國家目前已經(jīng)達到了實用化階段。我國CAE技術(shù)現(xiàn)狀

隨著我國科學技術(shù)現(xiàn)代化水平的提高，計算機輔助工程技術(shù)也在我國蓬勃發(fā)展起來。近年來，我國的CAE技術(shù)研究開發(fā)和推廣應(yīng)用在許多行業(yè)和領(lǐng)域已取得了一定的成績。但從總體來看，研究和應(yīng)用的水平還不能說很高，某些方面與發(fā)達國家相比仍存在不小的差距。目前，一些大型通用有限元分析軟件已經(jīng)引進我國，在汽車、航空、機械、材料等許多行業(yè)得到了應(yīng)用。我國已經(jīng)擁有一批科技人員在從事CAE技術(shù)的研究和應(yīng)用，取得了不少研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗，使我們在CAE技術(shù)方面緊跟住現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展。開發(fā)出CAXA等具有自己產(chǎn)權(quán)的CAE軟件。但是，這些研究和應(yīng)用的領(lǐng)域以及分布的行業(yè)和地區(qū)還很有限，現(xiàn)在還主要局限于少數(shù)具有較強經(jīng)濟實力的大型企業(yè)、部分大學和研究機構(gòu)。我國的計算機分析軟件開發(fā)是一個薄弱環(huán)節(jié)，嚴重地制約了CAE技術(shù)的發(fā)展。金屬塑性成形技術(shù)

金屬塑性成形技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中金屬加工的重要方法之一，它是金屬坯料在模具的外力作用下發(fā)生塑性變形，并被加工成棒材、板材、管材以及各種機器零件、構(gòu)建或日用器具等技術(shù)。金屬塑性成形加工的作用如下：(1）塑性成形可將金屬坯料內(nèi)的疏松和空洞性缺陷壓實，提高其性能和質(zhì)量。(2）塑性成形引起再結(jié)晶，從而改變金屬坯料鑄態(tài)偏析，改善金屬壞料組織結(jié)構(gòu)。(3）在塑性成形過程中，通常采用各種模具型腔，可制造各種形狀的構(gòu)件。

與金屬切削加工、鑄造、焊接等加工方法相比，金屬塑性成形具有以下特點：（1）組織、性能得到改善和提高。（2）材料利用率高。（3）生產(chǎn)效率高。

（4）尺寸精度高。1.3DEFORM-3D軟件DEFORM-3D是針對復雜金屬成形過程的三維金屬流動分析的功能強大的過程模擬分析軟件。是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)，專門設(shè)計用于分析各種金屬成形過程中的三維（3D）流動，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)及有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動，典型的DEFORM-3D應(yīng)用包括鍛造、擺碾、軋制、旋壓、拉拔和其他成形加工手段。DEFORM-3D是模擬3D材料流動的理想工具。它不僅魯棒性好，而且易于使用。DEFORM-3D強大的模擬引擎能夠分析金屬成形過程中多個關(guān)聯(lián)對象耦合作用的大變形和熱特性。系統(tǒng)中集成了在任何必要時能夠自行觸發(fā)自動網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分細密的網(wǎng)格，從而降低題目的運算規(guī)模，并顯著提高計算效率。DEFORM-3D圖形界面既強大又靈活，為用戶準備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果數(shù)據(jù)提供了有效工具，DEFORM-3D還提供了3D幾何操縱修正工具，這對于3D過程模擬極為重要。在最近的國際范圍復雜零件成形模擬招標演算中，DEFORM-3D的計算精度和結(jié)果可靠性，被國際成形模擬領(lǐng)域公認為第一。1.3.1DEFORM的發(fā)展20世紀70年代后期，位于美國加州伯克利的加利福尼亞大學小林研究室在美國軍方的支持下開發(fā)出有限元軟件ALPID（AnalysisofLargePlasticIncrementalDeformation）。1990年在此基礎(chǔ)上開發(fā)出DEFORM-2D軟件。該軟件的開發(fā)者獨立出來成立SFTC公司（ScientificFormingTechnologiesCo.)DEFORM的理論基礎(chǔ)是經(jīng)過修訂的拉格朗日定理，屬于剛塑性有限元法。DEFORM-2D的單元類型是四邊形，3D的單元類型是經(jīng)過特殊處理的四面體，四面體單元比六面體單元容易實現(xiàn)網(wǎng)格重劃分。在網(wǎng)格重劃分時，DEFORM在同類軟件中體積損失最小。1.3.2DEFORM的特點EFORM-3D是在一個集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導和成形設(shè)備特性進行模擬仿真分析。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)。不需要人工干預(yù)，全自動網(wǎng)格再剖分。前處理中自動生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準備快速可靠。DEFORM-3D模型來自CAD系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型（STL/SLA）格式。1.3.2DEFORM的特點

集成有成形設(shè)備模型，如：液壓壓力機、錘鍛機、螺旋壓力機、機械壓力機等。表面壓力邊界條件處理功能適用于解決脹形工藝模擬。單步模具應(yīng)力分析方便快捷，適用于多個變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時的成形過程分析。材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型。1.3.2DEFORM的特點

實體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨求解，也可以耦合在成形模擬中進行分析。具有FLOWNET和點跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力－行程曲線等后處理功能。具有2D切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個塑性工件和組合模具應(yīng)力。后處理中的鏡面反射功能，為用戶提供了高效處理具有對稱面或周期對稱面的機會，并且可以在后處理中顯示整個模型。1.3.2DEFORM的特點

自定義過程可用于計算流動應(yīng)力、沖壓系統(tǒng)響應(yīng)、斷裂判據(jù)和一些特別的處理要求，如：金屬微結(jié)構(gòu)、冷卻速率、力學性能等。1.3.3DEFORM功能（1)成形分析冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導耦合分析。豐富的材料數(shù)據(jù)庫，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金和超合金。用戶自定義材料數(shù)據(jù)庫允許用戶自行輸入材料數(shù)據(jù)庫中沒有的材料。提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息。剛性、彈性和熱粘塑性材料模型，特別適用于大變形成形分析。1.3.3DEFORM功能彈塑性材料模型適用于分析殘余應(yīng)力和回彈問題。燒結(jié)體材料模型適用于分析粉末冶金成形。完整的成形設(shè)備模型可以分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機械壓力成形。用戶自定義子函數(shù)允許用戶定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準則和其他函數(shù)。網(wǎng)格劃線和質(zhì)點跟蹤可以分析材料內(nèi)部的流動信息及各種場量分布。1.3.3DEFORM功能溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、損傷及其他場變量等值線的繪制使后處理簡單明了。自我接觸條件及完美的網(wǎng)格再劃分使得在成形過程中即便形成了缺陷，模擬也可以進行到底。多變形體模型允許分析多個成形工件或耦合分析模具應(yīng)力?；趽p傷因子的裂紋萌生及擴展模型可以分析剪切、沖裁和機加工過程。1.3.3DEFORM功能（2)熱處理模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過程。預(yù)測硬度、晶粒組織成分、扭曲和含碳量。專門的材料模型用于蠕變、相變、硬度和擴散?？梢暂斎腠敹舜慊饠?shù)據(jù)來預(yù)測最終產(chǎn)品的硬度分布?？梢苑治龈鞣N材料晶相，每種晶相都有自己的彈性、塑性、熱和硬度屬性。。混合材料的特性取決于熱處理模擬中每步各種金屬相的百分比。1.3.3DEFORM功能DEFORM用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴散之間復雜的相互作用。各種現(xiàn)象之間相互耦合。擁有相應(yīng)的模塊以后，這些耦合效應(yīng)將包括：由于塑性變形引起的升溫、加熱軟化、相變控制溫度、相變內(nèi)能、相變塑性、相變應(yīng)變、應(yīng)力對相變的影響以及含碳量對各種材料屬性產(chǎn)生的影響等?！揪C合習題】一、思考題（1）列舉常見塑性成型工藝成形原理及特點。（2）列舉常見塑性成形CAE軟件及優(yōu)缺點。（3）列舉金屬板料成形與體積成形在變形和研究上的區(qū)別。DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第2章塑性成形過程數(shù)值模擬北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★了解DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)；★掌握有限元軟件仿真求解的基本過程；★了解塑性成形模擬的特點；★了解有限元分析需要處理的基本問題?！颈菊陆虒W要點】知識要點能力要求相關(guān)知識DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)了解DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)；各個模塊的功能塑性有限元軟件的前處理、求解器及后處理仿真求解的基本過程掌握有限元軟件仿真求解的過程的工藝流程，各個工序的功能有限元仿真的實質(zhì)及實現(xiàn)步驟：劃分網(wǎng)格、材料分配、工具及邊界條件的設(shè)置等塑性成形模擬的特點了解塑性成形及其模擬分析的特點塑性成形CAE分析材料的非線性、幾何的非線性和接觸的非線性塑性有限元過程的基本問題了解有限元分析需要處理的基本問題塑性成形分析的速度場、收斂依據(jù)、摩擦條件、剛性區(qū)等基本理論問題導入案例

塑性加工過程的有限元數(shù)值模擬，可以獲得金屬變形的詳細規(guī)律，如網(wǎng)格變形、速度場、應(yīng)力和應(yīng)變場的分布規(guī)律，以及載荷-行程曲線。通過對模擬結(jié)果的可視化分析，可以在現(xiàn)有的模具設(shè)計上預(yù)測金屬的流動規(guī)律，包括缺陷的產(chǎn)生。利用得到的力邊界條件對模具進行結(jié)構(gòu)分析，從而改進模具設(shè)計，提高模具設(shè)計的合理性和模具的使用壽命，減少模具重新試制的次數(shù)。在塑性成形過程中，工件發(fā)生很大的塑性變形，在位移與應(yīng)變的關(guān)系中存在幾何非線性；在材料的本構(gòu)關(guān)系中存在材料（即物理）非線性；工件與模具的接觸與摩擦引起狀態(tài)非線性。因此，金屬塑性成形問題難于求得精確解。有限元法是目前進行非線性分析的最強有力的工具，因此也成為金屬塑性成形過程模擬的最流行的方法。DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)成形過程仿真系統(tǒng)的建立，就是將有限元理論、成形工藝學、計算機圖形處理技術(shù)等相關(guān)理論和技術(shù)進行有機結(jié)合的過程。成形問題有限元分析流程如圖2-1所示。從圖中看出，DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)是由前處理器、模擬處理器（FEM求解器）和后處理三大模塊組成。（1）建立幾何模型一般的有限元分析商業(yè)軟件都提供簡單的幾何造型功能，可滿足幾何形狀簡單的成形模擬建模需要。模具型面往往包含自由曲面，需要用CAD系統(tǒng)造型。分析軟件一般都具有CAD系統(tǒng)的文件接口，以便讀入在CAD系統(tǒng)中生成的設(shè)計結(jié)果。由模具設(shè)計人員用CAD軟件設(shè)計的幾何模型，往往不能完全滿足有限元分析的要求，例如曲面有重疊、縫隙，包含過于細長的曲面片等等。因此，需要進行檢查和修改，消除這些缺陷。另外，原始設(shè)計中包含的一些細小特征，如小凸臺，拉延筋等，應(yīng)該刪去，以免導致在這些區(qū)域產(chǎn)生過多細小的單元，不必要地增加計算工作量，這些過程一般稱為幾何清理。2.建立有限元分析模型1)劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格是將問題的幾何模塑轉(zhuǎn)化成離散化的有限元網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分的方法主要可分為兩類。一類是映射法,另一類是自由的或非結(jié)構(gòu)化的方法。分網(wǎng)后應(yīng)檢查網(wǎng)格質(zhì)量，單元各邊長應(yīng)盡可能相等。單元的內(nèi)角應(yīng)盡可能平均，殼單元的各節(jié)點應(yīng)盡可能共面。2)選擇材料模型例如對于各向異性較強的板材的沖壓成形，應(yīng)選用塑性各向異性材料模型；對于熱鍛問題，應(yīng)選用黏塑性模型，為了提高計算精度，還可以考慮選用材料參數(shù)隨溫度變化的模型；為了預(yù)測冷鍛等成形過程中工件的內(nèi)部裂紋，可以采用損傷模型等等。一般而言，材料的物理性能和彈性性能參數(shù)，如密度、熱容、彈性模量、泊松比等，對于材料成分和組織結(jié)構(gòu)小的變化不太敏感。但是材料的塑性性能是結(jié)構(gòu)敏感的，與材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、熱處理狀態(tài)，以及加工歷史等都有密切關(guān)系，需要通過試驗測定。3)選擇求解算法對于準靜態(tài)的成形過程，應(yīng)盡可能選用靜力算法求解。對于高速成形過程，應(yīng)采用動力算法求解。在體積成形模擬中，若主要關(guān)心成形過程中工件的變形情況，應(yīng)采用剛塑性有限元法，以減少計算量；若還要考慮工件卸載后的殘余應(yīng)力分布，則應(yīng)采用彈塑性有限元法。3.定義工具和邊界條件1)定義邊界條件。成形模擬中的位移邊界條件主要是對稱性條件，利用對稱性可以大大減小所需的計算徽。在液壓成形中要定義液壓力作用的工件表面和液壓力隨時間的變化關(guān)系。熱分析中的邊界條件包括：環(huán)境溫度、表面換熱系數(shù)等。2)定義工具。在成形模擬中直接給定工件所受外力的情況是很少見的。工件所受的外力主要是通過工件與模具的接觸施加的。建立幾何模型時定義了工具的幾何形狀，劃分網(wǎng)格時建立了工具表面的有限元模型。為使工具的作用能正確施加到工件上，還需定義工具如下三方面的性質(zhì)。（1）位置和運動。（2）接觸和摩擦。（3）其它工藝參數(shù)。4.求解求解階段一般不需用戶干預(yù)。計算過程的有關(guān)文字信息可以從輸出窗口觀察，可以通過圖形顯示隨時檢查計算所得的中間結(jié)果。5.后處理后處理通常是通過讀入分析結(jié)果數(shù)據(jù)文件激活的。分析軟件的后處理模塊能提供工件變形形狀、模型表面或任意剖面上的應(yīng)力─應(yīng)變分布云圖等。使用戶能方便地理解模擬結(jié)果，預(yù)測成形質(zhì)量和成形缺陷。3.3塑性成形模擬的特點（l）工件通常不是在已知的載荷下變形，而是在模具的作用下變形，而模具的型面通常是很復雜的。處理工件與復雜的模型面的接觸問題增大了模擬計算的難度。（2)塑性成形中往往伴隨著溫度變化，在熱成形和溫成形中更是如此，要考慮變形分析與熱分析的耦合作用。3.4有限元處理過程的幾個問題1.初始速度場的生成。初始速度場的選擇不可能、也沒有必要十分精確，但必須滿足邊界條件，并大體上反映出材料變形過程中的流動規(guī)律。初始速度場選擇的好與壞，直接影響到收斂速度的快與慢，當初始速度場與實際速度場相差較大時，就難以收斂，甚至還會發(fā)散。最常用的初始速度場的產(chǎn)生方法有以下幾種：對于變形毛坯形狀和邊界條件比較簡單的情況，可以采用能量法、上限法等工程計算方法求得近似速度場作為有限元計算時的初始速度場。1)工程近似法3)近似泛函法對于形狀和邊界條件都比較復雜的變形體，多采用近似泛函的方法來生成初始速度場，具體思路是：從廣義變分原理的幾種泛函出發(fā)，構(gòu)造一個與總能最泛函相近的泛函∏，并能由其取得駐位的條件獲得線性方程組，用這個方程組求得滿足邊界條件的速度場作為初始速度場。2.收斂判據(jù)1)速度收斂判據(jù)2)平衡收斂判據(jù)3)能量收斂判據(jù)3.摩擦邊界條件的選擇1)剪切摩擦模型2)庫侖摩擦模型3)線性粘摩擦模型4)能量摩擦模型4.剛性區(qū)的簡化剛（粘）塑性有限元建立于剛（粘）塑性變分原理之上，而剛（粘）塑性變分原理只適用于塑性變形區(qū)。因為在剛性區(qū)內(nèi)應(yīng)變速率接近或者等于零，在計算過程中會引起泛函變分的奇異，造成計算結(jié)果的檻出，因此有必要區(qū)分塑性區(qū)與剛性區(qū)。但在計算開始時，很難準確地確定塑性變形區(qū)與剛性區(qū)的交界面，為了解決該問題，常采用簡化的處理辦法。5.邊界條件的處理1)速度奇異點的處理2)翻邊現(xiàn)象的處理3)脫模與觸模處理6.時間步長的確定1)觸模和脫模條件。2)體積不變條件。3)迭代收斂性條件。7.網(wǎng)格的重新劃分用剛（粘）塑性有限元法計算材料成形過程時，隨著變形程度的增加和動態(tài)邊界條件的變化，初始劃分好的規(guī)則有限元網(wǎng)格，會發(fā)生部分畸變現(xiàn)象，網(wǎng)格出現(xiàn)不同程度的扭曲，從而影響有限元的計算精度，嚴重時會使迭代過程不收斂。2)網(wǎng)格細分法首先將變形體分成幾個大的單元，采用均勻速度場作為初始的速度場進行計算，取得收斂到一定程度的計算結(jié)果。再將單元進一步細分，并用插值法獲得細分后新節(jié)點的速度值，以此作為新的初始速度場，重復求解過程，經(jīng)反復迭代，直到取得滿意的結(jié)果。【綜合習題】一、簡答題（1）一般有限元軟件都包括哪幾個模塊。（2）有限元仿真主要包括哪幾個過程。二、思考題（1）常見的金屬材料模型包括哪些？（2）塑形有限元的常用算法包括哪些？（3）板料成形與體積成形的區(qū)別？（4）有限元軟件計算中常見的接觸形式包括哪些？（5）常見的經(jīng)典摩擦理論及原理。DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第3章塑性仿真缺陷預(yù)測北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★了解塑性成形仿真的常見缺陷預(yù)測；★了解金屬的斷裂準則及斷裂仿真的預(yù)測；★了解DEFORM-3D軟件的缺陷預(yù)測；★了解利用DEFORM-3D軟件預(yù)測塑性成形工藝中如何提高準確度?！颈菊陆虒W要點】知識要點能力要求相關(guān)知識塑性成形仿真的常見缺陷預(yù)測了解塑性成形仿真的常見缺陷預(yù)測塑性成形中的組織變化、失穩(wěn)現(xiàn)象、起皺及破裂金屬的斷裂準則及斷裂仿真了解常見的斷裂準則及測定方法斷裂產(chǎn)生的基本理論DEFORM-3D軟件的缺陷預(yù)測了解DEFORM-3D分析中的缺陷及預(yù)測折疊、充不滿、排氣問題及斷裂的表現(xiàn)形式提高塑性成形數(shù)值仿真的精度了解塑性成形仿真中的有限元基本特點，結(jié)合仿真工序，掌握影響仿真精度的基本因素材料的準確描述，網(wǎng)格的劃分，摩擦的取值導入案例金屬成形缺陷的預(yù)測研究是預(yù)防缺陷、提高質(zhì)量和控制成形的關(guān)鍵所在。成形缺陷的發(fā)生直接影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量，能夠預(yù)見這些缺陷的發(fā)生，具有重要意義?？坩敺治龊蛯嶒瀸Ρ人苄苑抡嫒毕蓊A(yù)測（1）成形過程的組織變化塑性成形過程中材料組織性能的變化在金屬塑性成形過程中，伴隨著材料組織性能和微結(jié)構(gòu)的變化，例如變形誘導織構(gòu)和損傷的演化，熱加工過程中的相變與再結(jié)晶等等。一方面，材料的組織性能對材料的成形性能有很大的影響，在分析時要加以考慮。由織構(gòu)引起的塑性各向異性目前通常是采用宏觀的現(xiàn)象學模型，如Hill提出的兩種各向異性屈服準則加以考慮?？棙?gòu)演化可以利用晶體塑性理論進行分析，但目前對于織構(gòu)演化的預(yù)測主要還是定性的。材料熱加工中的相變與再結(jié)晶要與變形分析與熱分析結(jié)合進行。具體材料在一定的溫度和應(yīng)力條件下相變轉(zhuǎn)化規(guī)律和晶粒長大規(guī)律以及各相力學性能與溫度的關(guān)系都要通過實驗測定。在這種分析中，要考慮變形、傳熱和組織轉(zhuǎn)變?nèi)叩南嗷ビ绊憽?．成形過程的穩(wěn)定性一般說來，在彈塑性變形起始階段，變形模式是唯一的，即解是唯一的，也是穩(wěn)定的。隨著變形的進行，載荷的增加，新的變形模式成為可能，解失去唯一性。受壓失穩(wěn)一般表現(xiàn)為由壓縮變形模式轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢冃文Ｊ?，如壓桿失穩(wěn)，板料成形中的起皺。受拉失穩(wěn)一般表現(xiàn)為由均勻變形模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫植炕淖冃文Ｊ?，最終變形集中于某一局部而發(fā)展成破裂，如圓棒或板料試件的拉伸斷裂，板料成形中的破裂。3起皺和折疊的預(yù)測板材沖壓成形過程十分復雜，成形中工件的起皺有一個產(chǎn)生和發(fā)展的過程。有的皺紋可以在加工中壓平消失，回彈過程中也可能出現(xiàn)皺紋。另外，如果皺紋只發(fā)生在要切除的部分，則對零件沒有影響。因此，對于板材成形過程的起皺分析通常是采用有限元模擬等數(shù)值方法來追蹤起皺的整個發(fā)展過程。破裂分析(l）破裂的理論分析方法①損傷理論采用損傷力學方法，分析變形中空洞的萌生、長大和連接，最后導致宏觀斷裂的過程。這種研究應(yīng)該與微觀分析相結(jié)合。②塑性變形局部化理論無論何種材料（單晶體、多單體或非晶體材料），其延性都受到應(yīng)變局部化（應(yīng)變集中）的限制，這說明采用連續(xù)介質(zhì)力學方法研究變形局部化問題是適宜的。當然，材料的微觀組織的不均勻性以及結(jié)構(gòu)本身的初始缺陷等，對于觸發(fā)變形的局部化有重要的影響。即變形局部化遲早是要發(fā)生的，但何時發(fā)生則受材料和結(jié)構(gòu)的不均勻性的影響。（2）金屬可成形性的經(jīng)驗準則（1）塑性功準則（2）臨界拉伸塑性功準則（Latham準則）（3）osakada等人提出的半經(jīng)驗準則3）板材的可成形性在板材成形中，可成形性一般是由變形的穩(wěn)定性決定的。即出現(xiàn)變形局部化或起皺即標志著產(chǎn)生缺陷。對于成形極限曲線，理論上也提出了一些根據(jù)材料參數(shù)進行預(yù)測的方法。(4)體積成形中的可成形性①體積成形中破裂的分類體積成形中的破裂可分為如下三類：a自由表面破裂，發(fā)生于鐓粗及有關(guān)加工（如彎曲）；b．由工件－模具接觸表面開始發(fā)生的破裂；c．工件內(nèi)部的破裂。（2）表面開裂的經(jīng)驗準則Kudo等人利用鐓粗實驗得出了如下出現(xiàn)表面破裂的直線條件。5）破裂預(yù)測采用有限元法預(yù)測破裂時，大致有兩種做法：①在應(yīng)變集中處局部細分網(wǎng)格，當變形集中于某終單元而使其急劇變形甚至導致計算發(fā)散時，即認為該處發(fā)生破裂。若配合采用空單元技術(shù)，可追蹤破裂的發(fā)展過程。②采用有關(guān)經(jīng)驗的和理論的破裂準則（如損傷破裂準則、成形極限曲線、表面破裂的直線準則等），即使不細分單元，也可將有限元模擬所得各離散點處的應(yīng)力、應(yīng)變值代入這些準則來預(yù)測破裂。5）破裂預(yù)測（1）在應(yīng)變集中處局部細分網(wǎng)格，當變形集中于某終單元而使其急劇變形甚至導致計算發(fā)散時，即認為該處發(fā)生破裂。（2）采用有關(guān)經(jīng)驗的和理論的破裂準則（如損傷破裂準則、成形極限曲線、表面破裂的直線準則等。5．回彈分析1）預(yù)測方法成形加載過程模擬結(jié)束以后，已經(jīng)得到了工件變形后的形狀，應(yīng)力、應(yīng)變分布和表面力分布?；貜椃治鰬?yīng)采用隱式算法，避免采用動力顯式積分算法。(2）預(yù)測精度準確描述應(yīng)力沿工件厚向的分布對于準確地計算彎矩，從而準確地預(yù)測回彈有很大影響，適當增加沿厚向的積分點數(shù)（例如取7個點）有利于提高回彈預(yù)測的精度。迄今為止，回彈分析的結(jié)果還不能令人感到滿意。這可能與校正彎曲所帶來的復雜性有關(guān)，這方面還有待于探索。3.2金屬的斷裂準則及斷裂行為數(shù)值模擬在塑性成型工藝中，象擠壓和鍛造等，裂紋是主要缺陷之一，圖3-1是擠壓工藝有限元分析成功預(yù)測的人字型裂紋，這是由于工藝摩擦力太大，材料內(nèi)部受軸向拉應(yīng)力作用的結(jié)果。在金屬的切削工藝中，是利用金屬的斷裂獲得最終產(chǎn)品，材料的韌性，刀具進給和速度等都直接影響切削的質(zhì)量，下圖為金屬切削工藝的有限元數(shù)值仿真。擠壓工藝人字型裂紋金屬切削材料斷裂切斷工藝材料的斷裂精沖材料斷裂后的產(chǎn)品2．斷裂準則的測定斷裂準則測定原理沖裁試驗和模擬分析裂紋產(chǎn)生比較3.3Deform軟件的缺陷預(yù)測（1）充不滿情況（2）折疊現(xiàn)象（3）排氣問題引起的缺陷（4）裂紋3.4提高塑性成形數(shù)值仿真的精度1．塑性有限元中的非線性1）材料的非線性（2）塑性問題的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系不一定是一一對應(yīng)的。2）摩擦邊界條件目前摩擦問題有限元模擬的理論有：經(jīng)典干摩擦定律、以切向相對滑移為函數(shù)的摩擦理論和類似于彈塑性理論形式的摩擦理論。閉式模鍛的有限元模型3）動態(tài)接觸邊界的處理金屬塑性成形過程為非穩(wěn)態(tài)的大變形成形過程。在有限元模擬過程中，變形體的形狀不斷變化，它與模具的接觸狀態(tài)也不斷變化，形成了工件、模具間的動態(tài)接觸表面。因此在有限元模擬中每一加載步收斂后，對這些節(jié)點的邊界條件均需進行相應(yīng)的修改，即進行動態(tài)邊界條件處理。2．提高塑性成形數(shù)值仿真精度的途徑1)材料的準確描述準確描述變形材料是整個有限元數(shù)值模擬仿真的基礎(chǔ)，比如一般金屬材料的性能包括其彈性（elastic）性能、塑性(plastic)性能、熱傳導(thermal)性能、擴散(diffusion)性能、再結(jié)晶(grain)性能和加工硬化(hardness)性能等。2)網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定為了提高模擬的質(zhì)量，網(wǎng)格劃分是越多越好。但這種模擬質(zhì)量的提高是以大幅度降低計算機模擬的運算速度為代價的。一般用戶都是針對具體工藝對網(wǎng)格質(zhì)量進行控制，對產(chǎn)品變形部位較大的部位進行細化。不良網(wǎng)格劃分精確網(wǎng)格劃分1600210018501600

不良溫度傳導分析精確溫度傳導分析（2）邊界條件的設(shè)定。0.1摩擦系數(shù)鐓環(huán)結(jié)果0.7摩擦系數(shù)鐓環(huán)結(jié)果3)模擬過程網(wǎng)格調(diào)整和重劃分在塑性成形模擬中，經(jīng)常遇到塑性變形區(qū)內(nèi)材料發(fā)生較大應(yīng)變，有限元網(wǎng)格會產(chǎn)生嚴重畸變，致使模擬結(jié)果失真或模擬過程終止。另外，工件和模具接觸表面的相對速度有時很大，有時會發(fā)生相互嵌入的不正?，F(xiàn)象。為了解決上述問題，計算過程需要暫時停止，進行網(wǎng)格重劃分。網(wǎng)格的嵌入網(wǎng)格重劃分網(wǎng)格重劃分時的體積損失【綜合習題】一、簡答題（1）與通用軟件模擬仿真相比，塑形塑性有限元具有什么不一樣的特征？（2）塑性成型中的缺陷都包括哪些？（3）常見的斷裂準則包括哪些？二、思考題（1）如何提高塑形CAE軟件的分析準確度？（2）如何改進成形工藝和消除缺陷？DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第4章鍛壓模擬基本過程北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★了解DEFORM-3D鍛壓分析的基本過程；★掌握DEFORM-3D分析建立模型的基本步驟；★掌握DEFORM-3D軟件的基本過程；【本章教學要點】知識要點能力要求相關(guān)知識DEFORM-3D鍛壓分析過程了解DEFORM-3D鍛壓分析的基本過程前處理、求解及后處理過程DEFORM-3D建立模型的基本步驟掌握DEFORM-3D分析建立模型的各個基本步驟的基本操作，掌握其含義問題的建立，物體的設(shè)置、模擬的設(shè)置及步驟DEFORM-3D的后處理了解液壓馬達的主要性能參數(shù)的計算方法過程顯示、變量的顯示和曲線的獲得導入案例鍛件的鍛壓成形過程是一個非常復雜的彈塑性大變形過程，既有材料非線性，又有幾何非線性，再加上復雜的邊界接觸條件的非線性，這些因素使其變形機理非常復雜，很難用準確的數(shù)學關(guān)系式來進行描述，從而導致生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品質(zhì)量控制的難度增大。采用Deform軟件對大變形生產(chǎn)工序進行模擬分析和控制，能有效起到對鍛件生產(chǎn)的指導作用。鍛壓產(chǎn)品4.1問題分析鍛壓基本成形此案例是一個基本的鐓粗成形工序。工藝參數(shù):幾何體和工具采用整體分析單位：英制（English）工件材料（Material）:AISI-1045溫度（temperature）:常溫（68F）上模速度:1in/sec模具行程：2.6in建議模型主要在前處理模塊進行，前處理是有限元分析的主要步驟，它所占用的操作時間占到用戶操作時間的80%，有很多定義都是在前處理階段進行的。DEFORM-3D軟件分析過程主要分為4個主要部分：（1）建立問題，（2）前處理，（3）模擬計算，（4）后處理。前處理主要包括2個部分：（1）物體的設(shè)置，（2）模擬的設(shè)置。按照這種步驟，使整個分析步驟變得簡單，便于記憶，免于遺漏而浪費時間。4.2.1問題的建立主要是創(chuàng)建一個需要分析問題的名稱、類型以及存放位置。4.2.2物體的設(shè)置一般的鍛壓模擬過程主要包括三個物體，坯料（workpiece）、上模（Topdie）和下模（Bottomdie）。每個物體的設(shè)置都包括以下過程：1.基本設(shè)置主要針對物體的基本性質(zhì)、溫度、材料等進行設(shè)置。2.幾何輸入在DEFORM-3D軟件中，不能直接建立三維的幾何模型，必須通過其他CAD/CAE軟件建模后導入到系統(tǒng)中。目前，DEFORM-3D的幾何模型接口格式有：（1）STL：幾乎所有CAD軟件都有這個接口，它是通過一系列的三角形擬合曲面而成。（2）UNV：SDRC公司（現(xiàn)合并到EDS公司）軟件IDEAS的三維實體造型及有限元網(wǎng)格文件格式，DEFORM接受其劃分的網(wǎng)格。（3）PDA：MSC公司的軟件Patran的三維實體造型及有限元網(wǎng)格文件格式。（4）AMG：這種格式DEFORM存儲已經(jīng)導入的幾何實體。3.網(wǎng)格劃分在DEFORM-3D中，如果用其自身帶的網(wǎng)格剖分程序，只能劃分四面體單元，這主要是為了考慮網(wǎng)格重劃分時的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面體（磚塊）網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分可以控制網(wǎng)格的密度，使網(wǎng)格的數(shù)量進一步減少，有不至于在變形劇烈的部位產(chǎn)生嚴重的網(wǎng)格畸變。4.運動設(shè)置工具的運動方式主要有兩種：直線運動和旋轉(zhuǎn)。另外軟件集成有成形設(shè)備模型，如：液壓壓力機、錘鍛機、螺旋壓力機、機械壓力機等。5.邊界條件主要設(shè)置對稱邊界、熱傳導面以及其它邊界條件。6.性能設(shè)置7.高級設(shè)置物體設(shè)置的流程如圖4-2所示。不是每個物體的每項都要設(shè)置。比如一般情況下，只有上模才需要設(shè)置運動（movement）。4.2.3模擬設(shè)置1.模擬控制這里定義的參數(shù)，主要是為了進行有效的數(shù)值模擬。因為成形分析是一個連續(xù)的過程，分許多時間步來計算，所以需要用戶定義一些基本的參數(shù)：（1）總步數(shù)：決定了模擬的總時間和行程；（2）步長：有兩種選擇，可以用時間或每步的行程；（3）主動模具：選擇物體的編號；（4）存儲步長：決定每多少步存一次，不要太密，否則文件太大；2.材料定義在DEFORM-3D軟件中，用戶可以根據(jù)分析的需要，輸入材料的彈性、塑性、熱物理性能數(shù)據(jù)，如果需要分析熱處理工藝，還可以輸入材料的每一種相的相關(guān)數(shù)據(jù)以及硬化、擴散等數(shù)據(jù)。為了更方便的使用戶模擬塑性成形工藝，該軟件提供了100余種材料（包括碳鋼、合金鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等）的塑性性能數(shù)據(jù)。以及多種材料模型。每一種材料的數(shù)據(jù)都可以與溫度等變量相關(guān)。3.位置關(guān)系這里有兩層含義，一是可以移動、旋轉(zhuǎn)物體，改變他們的最初位置，因為在DEFORM-3D的前處理中不能造型，所以這一項功能特別重要，可以將輸入到DEFORM中的毛坯、模具幾何模型進行調(diào)整。二是為了更快地將模具和坯料接觸，將他們干涉，有一個初步的接觸量，這樣計算上可以節(jié)省時間。4.關(guān)系定義主要定義摩擦接觸的關(guān)系、摩擦系數(shù)、摩擦方式等。5.檢查生成主要讓軟件檢查用戶設(shè)置的前處理有沒有原則性錯誤，能不能生成計算所需的db文件。4.3建立模型（1）DEFORM-3D軟件的打開為：開始菜單→程序→DEFORM-3DV6.1→DEFORM-3D。進入DEFORM-3D的主窗口。

DEFORM-3D的主窗口（2）File→NewProblem或在主窗口左上角點擊按鈕;（3）在彈出的窗口中默認進入普通前處理（Deform-3Dpreprocessor）,點擊，（4）接下來在彈出的窗口中使用默認選項（第一個選項），然后點擊。（5）在下一個窗口中輸入題目的名稱(Problemname)block，如圖所示。除了一般windows程序的標題欄、菜單欄和工具欄之外，前處理操作窗口由圖形顯示窗口、物體樹窗口以及每個物體的屬性資料輸入?yún)^(qū)。圖形顯示區(qū)：區(qū)展示幾何圖形和網(wǎng)格以及工藝分析狀況，物體樹：把分析工藝所包含的坯料和模具名稱顯示出來。資料區(qū)：物體對應(yīng)屬性進行輸入，包括基本信息、幾何體輸入、網(wǎng)格劃分、材料分配，邊界條件的分配等。4.3.2設(shè)置模擬控制（1）點擊按鈕進入模擬控制參數(shù)設(shè)置窗口。4.3.3設(shè)置坯料基本屬性對于那些非剛性材料和考慮傳熱影響的剛體(Rigid)材料，必須按需要設(shè)置材料的屬性。4.3.4導入毛坯幾何文件（1）在前處理的物體操作窗口中點擊按鈕，然后再選擇選擇在CAD中或其他CAE軟件中的造型文件。DEFORM3D\V6_1\Labs的Block_Billet.STL4.3.5劃分網(wǎng)格(1)點擊按鈕進入網(wǎng)格劃分窗口；(2)可以在網(wǎng)格數(shù)量輸入框中輸入單元數(shù)或用滑動條來設(shè)定。在本例中，默認為8000。(3)點擊下面的按鈕可以預(yù)覽。點擊按鈕來生成網(wǎng)格。4.3.6導入上模文件（1）下面要導入上下模具的幾何文件。在前處理控制窗口中點擊增加物體按鈕進入物體窗口?？梢钥吹皆贠bjects列表中增加了一個名為TopDie的物體。（2）基本屬性設(shè)置保持默認。（3）在當前選擇默認TopDie物體的情況下，直接選擇然后選，然后選?。籇EFORM3D\V6_1\Labs的Block_Top

Die.STL4.3.7設(shè)置上模運動參數(shù)(1）首先在物體列表中選中TopDie。在預(yù)處理的控制窗口中點擊按鈕，進入物體運動參數(shù)設(shè)置窗口。4.3.8導入下模文件（1）下面要導入上下模具的幾何文件。在前處理控制窗口中點擊增加物體按鈕進入物體窗口?？梢钥吹皆贠bjects列表中增加了一個名為BottomDie的物體。（2）基本屬性設(shè)置保持默認。（3）在當前選擇默認TopDie物體的情況下，直接選擇然后選，然后選?。籇EFORM3D\V6_1\Labs的Block_BottomDie.STL4.3.9設(shè)置模擬參數(shù)4.3.10改動物體的空間位置在DEFORM中，雖然不可以直接進行幾何造型，但是可以通過旋轉(zhuǎn)(Rotation)平移(Translation)修改物體的空間位置。對以此例子，物體的位置在建模過程就比較正確，不涉及改變物體的空間位置，在這里不贅述，在后面的例子中會詳細解釋。4.3.11定義接觸關(guān)系（6）重復3-4的操作，將BottomDie和Workpiece的摩擦系數(shù)也設(shè)為0.12。4.3.12生成數(shù)據(jù)庫文件4.4模擬（1）圖形顯示窗口；（2）步數(shù)選擇和動畫播放；（3）圖形顯示選擇窗口；（4）圖形顯示控制窗口；（5）要顯示的變量；1.變形過程顯示2.查看狀態(tài)變量3.查看載荷-行程曲線【綜合習題】一、簡答題（1）模擬設(shè)置包括幾個工序，每個工序是什么？（2）常見鍛造工序包含幾個物體，每個物體需要設(shè)置的內(nèi)容都是哪些？（3）材料的性能都包含方面？DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第5章方形環(huán)鐓粗分析北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★了解方形環(huán)鐓粗仿真過程的設(shè)置，掌握對稱成形分析的簡化設(shè)置；★掌握對稱物體簡化后對稱邊界條件的設(shè)置；★掌握物體的定位和物體間的自動靠模。★掌握物體間的摩擦關(guān)系定義。【本章教學要點】知識要點能力要求相關(guān)知識對稱零件的仿真簡化了解方形環(huán)鐓粗仿真過程的設(shè)置及簡化簡化的優(yōu)缺點、對稱面的設(shè)置及簡化原理對稱設(shè)置掌握塑性成形分析對稱面的設(shè)置技術(shù)對稱面的添加、刪除及編輯物體的定位掌握物體的移動技巧物體的平移、旋轉(zhuǎn)和自動靠模技術(shù)物體的接觸關(guān)系掌握常見摩擦理論和數(shù)值的設(shè)置、摩擦關(guān)系的生成庫倫摩擦和剪切摩擦，不同成形工藝的摩擦力取值導入案例鐓粗中鍛件內(nèi)部的變形很不均勻，且在某些條件下心部存在拉應(yīng)力，這對于大鍛件心部缺陷的焊合極為不利。由于影響大鍛件質(zhì)量的因素很多，如砧型、坯料初始高徑比、壓下量、壓機速度、鍛件材料、熱處理規(guī)范等，所以在實際生產(chǎn)中，就存在如何確定最優(yōu)鍛造工藝參數(shù)組合的問題。鐓粗工藝5.1分析問題工藝參數(shù)幾何體和工具采用1/16來分析單位：英制（English）材料（Material）:AISI-1045溫度（temperature）:常溫（68F）上模速度:1in/sec模具行程：0.6in問題的建立SquareRing5.2.2設(shè)置坯料劃分網(wǎng)格8000elements導入DEFORM3D\V6_1\Labs的SquareRing_Billet.STL劃分網(wǎng)格技術(shù)簡介在objects窗口中，選中工件Workpiece

，點擊Mesh按鈕；下面簡單介紹一下網(wǎng)個劃分問題（如果你比較著急，可以直接跳到4.6劃分網(wǎng)格）:在DEFORM-3D的前處理中，有三個標簽：

1．tool：最簡單的默認劃分方式，只需設(shè)置單元數(shù)；

2.Detailedsettings：詳細的網(wǎng)格參數(shù)及劃分方式定義；

3.RemeshCriteria：網(wǎng)格劃分設(shè)置，一般都去默認值。其中的DetailedSettings比較常用，它包括兩個大的選項即系統(tǒng)網(wǎng)格（SystemSetup）和用戶設(shè)置（UserSetup）。SystemSetup設(shè)置有四個標簽，即

1)General：設(shè)置絕對尺寸(Absolute）或相對尺寸（Relative)，前者設(shè)置網(wǎng)格絕對大?。∕ax/MinElementSize)，而后者設(shè)置的是單元的數(shù)量（NumberofElements）。此外，還可以設(shè)置最大和最小單元的尺寸比值限制（SizeRatio)劃分網(wǎng)格技術(shù)簡介2)WeightFactors（權(quán)重因子）：在一些高梯度地區(qū)，即應(yīng)變、應(yīng)變速率、溫度、幾何尺寸等變化比較劇烈的地區(qū)，網(wǎng)格需要細化，這里可以設(shè)置細化的比例因子。還有一個重要的設(shè)置就是網(wǎng)格密度窗口（MeshDensityWindows)因子，這個選項與后面介紹的網(wǎng)格密度設(shè)置有關(guān)，為了在一些地方設(shè)置更為細密的網(wǎng)格，光靠上面滑桿設(shè)置的幾個因子還不行，如果幾何體比較復雜，就需要用戶設(shè)置來調(diào)節(jié)網(wǎng)格密度的分配。將MeshDensitywindows后的滑桿設(shè)為非0數(shù)字（一般最好設(shè)為1)，就可以啟動下面的標簽MeshWindow了，在下面的標簽所控制的窗口中，數(shù)字都是要乘以這個非0因子的。劃分網(wǎng)格技術(shù)簡介3)MeshWindows：可以用矩形框和圓柱體框設(shè)置一些局部區(qū)域，這些區(qū)域的網(wǎng)格大小可以與前面整體設(shè)置的不一樣（一般情況下要細化）。如果前面選擇了Relative，這里設(shè)置的系數(shù)就是指該處網(wǎng)格與整體網(wǎng)格尺寸的比值。如果前面選擇網(wǎng)格大小是absolute，這里可以設(shè)置局部網(wǎng)格的絕對大小。為了更好的適應(yīng)變形的需要，這個密度窗口還可以隨著變形體運動或獨立于變形體單獨運動。這個對于斷裂的分析合理5.2.4設(shè)置邊界條件5.2.5上模設(shè)置（1）增加TopDie。此時物體樹會默認選中TopDie。導入DEFORM3D\V6_1\Labs的SquareRing_TopDie.STL。5.2.6模擬控制5.2.7位置關(guān)系確定5.2.8接觸關(guān)系設(shè)置5.2.9生成數(shù)據(jù)庫文件在前處理控制窗口點擊按鈕；在彈出的DatabaseGeneration窗口中點擊按鈕檢查，點擊生成模擬所需db文件，然后點擊返回。點擊，進入到主窗口。5.3模擬5.4后處理【綜合習題】一、簡答題（1）常見的DEFORM-3D可以導入的幾何文件類型包括哪些？（2）公制和英制常見工藝參數(shù)的差異？（3）塑性成形工藝物體的常見運動包含哪些？（4）如何減少模擬運算的時間，并獲得合理的結(jié)果？DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第1章塑性成形CAE技術(shù)北大出版社配套電子課件第6章道釘成形分析★了解道釘成形仿真過程的設(shè)置，掌握熱成形分析的設(shè)置步驟；★掌握熱分析的邊界條件的設(shè)置；★掌握多工序成形分析的設(shè)置步驟。【本章教學要點】知識要點能力要求相關(guān)知識熱成形分析技術(shù)掌握熱傳遞分析的基本步驟，掌握熱傳遞和成形分析之間的耦合熱交換面的設(shè)置，DB文件的打開及編輯，熱分析結(jié)果的顯示熱邊界條件的設(shè)置掌握塑性成形分析對稱面的設(shè)置技術(shù)對稱面的添加、刪除及編輯分析的多工序掌握工序之間的銜接技術(shù)應(yīng)變的保留、溫度的梯度及對塑性的影響導入案例道釘就是這鐵路等使用的螺釘，如圖6-1所示，其實也是一種舶來物，是從國外傳過來的一種先進的交通安全產(chǎn)品。道釘?shù)囊环N英文名字叫：Raisedpavementmarker這是美式英語的一種叫法，原意是突起路標，道釘?shù)牧硪粋€英文名字是：roadstud，這是英國英語或歐洲的一種叫法，意思是路上的釘子，以形容其帶釘?shù)男螤睢Ｎ覀儑业膰鴺酥羞x用的道釘英文單詞是美國的Raisedpavementmarker。道釘類產(chǎn)品本章介紹本章主要是通過道釘?shù)某尚芜^程，讓讀者掌握熱傳導的分析，熱成形分析。本案例重點掌握以下內(nèi)容：熱傳導分析的邊界條件設(shè)置，多工序過程分析技術(shù)。此零件的成形工藝分析，需要很多工序，本章需要掌握的內(nèi)容只講解其中三個工序。6.1分析問題此案例是一個熱鍛成形工藝。工藝參數(shù)：幾何體和工具采用1/4來分析單位：英制（English）坯料材料（Material）:AISI-1025模具材料（Material）：AISI-H-13坯料溫度（temperature）:2000F模具溫度（temperature）:300F上模速度:2in/sec模具行程：0.75in對于這個熱成形工藝進行數(shù)值仿真，我們要分三個工序進行分析。（1）模擬10秒時間坯料從爐子到模具的熱傳遞。這是從爐子里拿出來進行鍛造之前工件和空氣之間進行的熱交換。（2）坯料停留于下模停留的2秒進行模擬。這個過程也是一個熱傳遞的模擬。（3）進行熱傳遞和鍛造工藝共同進行的耦合分析過程。6.2熱傳導工序分析6.2.1創(chuàng)建一個新問題窗口中輸入題目的名稱(Problemname)Spike

6.2.2設(shè)置模擬控制參數(shù)在前處理控制窗口中點擊按鈕，在彈出的SimulationControls窗口中，把模擬標題（SimulationTitle）改為SpikeForging，工序名稱（OperationName）改為TransferfromFurnace，Mode中取消選擇Deformation，選中HeatTransfer，OperationNumber設(shè)為1。6.2.3定義毛坯的溫度及材料（1）此時默認選中Workpiece，點擊按鈕，物體類型（ObjectType）采用默認的塑性體（plastic）。（2）點擊按鈕，在出現(xiàn)的對話框中輸入2000，如圖6-6所示，點擊，結(jié)束對話框。6.2.4幾何體導入（1）點擊按鈕

，然后選擇按鈕，在彈出的讀取文件窗口中找到Spike_Billet.STL(DEFORM3D\V6_1\Labs)并加載此文件。（2）在Objects窗口中點擊按鈕，在物體的列表中增加了一個名為TopDie的物體，并點擊按鈕，選擇按鈕，導入Spike_TopDie1.STL(DEFORM3D\V6_1\Labs)。

（3）點擊按鈕，增加一個名為BottomDie的剛性物體，點擊按鈕導入Spike_BottomDie.STL，導完的幾何體如圖。6.2.5劃分坯料網(wǎng)格6.2.6定義熱邊界條件這是一個1/4對稱體的一部分，所以在分析中，要通過邊界條件的定義體現(xiàn)出來，因為我們要分析熱問題，所以制定一熱邊界條件即可。這一步操作不許是對己經(jīng)劃分網(wǎng)格的物體才能操作。選擇Workpiece

，點擊按鈕BCC，彈出對話框，在BCCType下選擇Thermal類中的HeatExchangewithEnvironment在選擇右面的按鈕Define，在彈出的窗口中，設(shè)置環(huán)境溫度為706.2.8進行計算選在DEFORM-3D的主窗口中，選擇Simulator中的開始模擬。6.2.9后處理6.3坯料與下模熱傳導工序6.3.1打開前處理文件6.3.2定義上模（1）選中TopDie，點擊按鈕，物體類型（ObjectType）保持默認的的剛形體（Rigid）。點擊按鈕，在對話框中輸入300，點擊，結(jié)束對話框。定義模具的材料定義模具的熱邊界條件選擇除對稱面之外的所有面6.3.3定義下模（1）溫度300;(2)H13;(3)劃分網(wǎng)格默認；（4）定義熱交換面。6.3.4調(diào)整工件位置6.3.5定義接觸關(guān)系BottompDie-Workpiece，6.3.6設(shè)置控制參數(shù)6.3.7檢查生成db文件6.3.8進行計算6.3.9后處理6.4熱鍛成形成形工序6.4.1打開原來的數(shù)據(jù)文件6.4.2改變模擬控制參數(shù)6.4.3坯料邊界條件選中工件Workpiece，點擊，選中圖標，分別選中坯料的對稱面，并分別點擊，增加（－1，0，0）和（0，－1，0）對稱面。設(shè)置完成以后對稱面處如圖6-39。6.4.4添加體積補償參數(shù)選中工件Workpiece

6.4.5上模對稱及運動設(shè)置選中上模TopDie6.4.6下模對稱設(shè)置選中上模BottomDie，點擊，點擊標簽，分別選中下模的對稱面，并點擊。6.4.7定位上模6.4.8設(shè)置接觸關(guān)系6.4.9生成數(shù)據(jù)文件6.4.10進行模擬選在DEFORM-3D的主窗口中，選擇Simulator中的開始模擬。6.4.11后處理【綜合習題】一、簡答題（1）坯料在熱成形的時候都和哪些物體進行交換？（2）進行對稱分析的物體哪些面是熱交換面？（3）如果熱交換面設(shè)置錯誤怎么修改？二、思考題（1）熱成形分析為什么先要進行溫度的傳遞分析，對分析結(jié)果有什么影響？（2）熱成形是如果不考慮熱傳遞對分析精度有什么影響？（3）溫度和成形的耦合分析和單獨分析有什么區(qū)別？

DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第7章齒輪托架成形分析北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★了解齒輪托架成形仿真過程的設(shè)置，掌握熱成形分析的完整工序；★掌握網(wǎng)格劃分的詳細設(shè)置；★掌握設(shè)置庫的運用；★掌握模擬停止條件的設(shè)置。【本章教學要點】知識要點能力要求相關(guān)知識網(wǎng)格劃分技術(shù)掌握網(wǎng)格劃分的質(zhì)量控制和細化技術(shù)網(wǎng)格的數(shù)量、比率、權(quán)重因子的設(shè)置設(shè)備庫的設(shè)置掌握DEFORM-3D軟件中的設(shè)備庫及運用機械壓力機的設(shè)置，變形速度對成形的影響分析停止的條件設(shè)置掌握準確停止模擬過程的設(shè)置技術(shù)運動距離條件，設(shè)備能力條件，材料變形條件導入案例齒輪傳動作為動力傳動的主體，在21世紀的成套機械裝備中仍然是重要的基本部件。它具有恒功率輸出、實用可靠、效率高、生產(chǎn)技術(shù)成熟等優(yōu)點，因此，在傳遞動力，尤其是較大動力為主的場合，仍然具有不可取代的地位。本章介紹這個案例在讓大家鞏固塑性成形分析工藝的同時，讓大家進一步掌握一些前面沒有提到的內(nèi)容，通過本章案例的學習，大家會對如何比較準確的分析一個零件成形的整體工藝有一個比較深刻的了解。本章重點掌握：設(shè)備庫的運用，停止條件的設(shè)置，PrimaryDie的含義，熱成形零件的多工序成形工藝完整分析過程。7.1分析問題成形工藝此案例是一個溫鍛成形工藝。成形一共需要兩個成形工序，從仿真的角度應(yīng)該需要至少5個工序，下面結(jié)合工序參數(shù)進行說明。工具和坯料都簡化為采用幾何體的1/12進行分析；單位：公制（Si）坯料材料：DINC15坯料尺寸：直徑31.5mm，高度67mm預(yù)熱溫度：1230oC模具溫度：80oC設(shè)備：MechanicalPressForging（機械壓力機）工序1：空氣傳熱過程，是從爐子到壓力機的傳送過程，時間：7秒工序2：下模上的停留，時間：0.7秒工序3：坯料鐓粗工程，將高度從31.5mm鐓到9.5mm工序4：傳送到終鍛模過程，時間：3秒工序5：終鍛成形。7.2空氣傳熱過程建立一個新的Problem名字取為Gear_Carrier.模擬名稱:GearCarrier工序名稱:FurnaceTransfer工序序號1處理類型：HeatTransfer單位：SI導入幾何體Geometry

Workpiece:IDS_GC_Billet.stlTopDie:IDS_GC_Upset_Top.stlBottomDie:IDS_GC_Upset_Bot.stlWorkpiece

設(shè)為plastic,tools設(shè)為rigid.7.2.3導入對象幾何體7.2.4定義初始溫度Workpiece

TopDieTopDie7.2.5分配材料7.2.6定義工件網(wǎng)格SettheWeightingfactorsto:SurfaceCurvature0.9Temperature0.0StrainDistribution0.1StrainRateDistribution0.1MeshthebilletusingabsolutemeshwithaMaxElementSizeof1mmandaSizeRatioof1.初始網(wǎng)格生成以后將theSizeRatio改為3,不過不要再生成網(wǎng)格.這些數(shù)值為在運算過程中重新劃分網(wǎng)格所用。(SizeRatio=3,MinSize=.33mm,MaxSize=1mm)7.2.7定義工件Billet的邊界條件創(chuàng)造對稱邊界條件和熱交換面，注意，對稱面不是熱交換面。7.2.8設(shè)置上模的運動7.2.9設(shè)置模擬控制7.2.10生成數(shù)據(jù)文件，并運行模擬計算。7.2.11后處理7.3下模傳熱過程7.3.1打開前處理7.3.2設(shè)置模擬控制7.3.3定位坯料7.3.4設(shè)置接觸條件BottompDie-Workpiece

7.3.5生成數(shù)據(jù)文件，運行模擬計算。7.3.6后處理7.4進行鐓粗分析7.4.1打開前處理7.4.2模擬控制7.4.3設(shè)置坯料對稱面選中工件Workpiece。7.4.4激活目標體積7.4.5定位上模7.4.6檢查上模運動設(shè)置7.4.7回顧接觸對象的邊界條件7.4.8生成數(shù)據(jù)文件，運行模擬計算。7.4.9后處理7.5二次轉(zhuǎn)移熱傳導分析7.5.1打開前處理7.5.2模擬控制7.5.3模具的移動7.5.4檢查生成計算7.5.5后處理7.6終鍛成形7.6.1打開前處理7.6.2設(shè)置模擬控制7.6.3導入對象幾何體（2）選擇Topdie，導入幾何體，本例中選擇安裝目錄下DEFORM3D\V6_1\Labs的IDS_gc_die.STL。（3）選擇Bottomdie，導入幾何體，本例中選擇安裝目錄下DEFORM3D\V6_1\Labs的IDS_gc_punch.stl。7.6.4定位物體7.6.5設(shè)置模具對稱面(1)選中上模TopDie和BottomDie。7.6.6設(shè)置模具運動7.6.7接觸條件生成7.6.8設(shè)置步數(shù)及停止條件7.6.9檢查生成計算7.6.10后處理【綜合習題】一、思考題（1）在模擬的時候為什么采用設(shè)備庫，不同的設(shè)備對成形工藝有什么影響？（2）停止條件的設(shè)置在模擬分析中有什么用？DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第8章模具應(yīng)力分析北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★了解成形工藝模具受力分析的基本過程；★掌握物體速度邊界條件的設(shè)置；★掌握物體反作用力的加載；★掌握物體預(yù)緊力的加載?！颈菊陆虒W要點】知識要點能力要求相關(guān)知識模具受力分析掌握模具受力分析的基本步驟模具的類型設(shè)置、網(wǎng)格劃分及邊界條件物體的速度邊界掌握模具受力中的固定設(shè)置模具Z向的速度取零及編輯物體受力的加載掌握模具受成形分析中坯料的反作用力作用力的提取，容差的設(shè)置及比較模具的預(yù)緊力掌握模具間受預(yù)應(yīng)力的設(shè)置預(yù)緊力方向、大小及加載方法導入案例模具壽命的高低是衡量模具質(zhì)量的重要指標之一。但是隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，模具的工作條件日益苛刻，模具的使用壽命嚴重地影響著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，它不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且還影響生產(chǎn)率和成本。因而提高模具的使用壽命受到了廣泛的重視和研究。本章介紹

該實驗的目標是進行模具的應(yīng)力分析。在對單個工件進行應(yīng)力分析時，單增量步的模擬就足夠得到精確的應(yīng)力結(jié)果。當應(yīng)力分析在多個模具相互作用下進行時，顯然需要更多的增量步才能使得模具在載荷作用下達到平衡狀態(tài)。在典型的模具應(yīng)力模擬中，工件將被移除，工件上的載荷力被映射到工具上。在這個試驗中，對體積收縮也進行了模擬。8.1分析問題問題如圖所示，上模受到坯料的反作用力和預(yù)應(yīng)力圈的預(yù)緊力，下模受到坯料的反作用力和下模板的作用力，分析上下模所受作用力。也就是道釘成形時模具的受力分析。工藝參數(shù)：模型采用1/4來分析單位：英制（English）坯料材料（Material）：AISI-1025模具材料（Material）：AISI-H-138.2建立模型8.2.2載入數(shù)據(jù)文件中的計算步載入Spike.DB

文件(在Problem\Spike文件夾下面）8.2.3設(shè)置模擬控制8.2.4添加附加的工具和刪除Billet在模擬中添加兩個支撐，和上模和下模接觸，這樣就會產(chǎn)生加工時的相互影響，需要多步模擬零件才能達到平衡狀態(tài)。（1）點擊兩次在對象列表中添加兩個附加的對象（Object4和Object5)。（2）選中Workpiece，使用刪除按鈕直接刪除即可。8.2.5上模設(shè)置選中TopDie，物體類型（ObjectType）選擇為彈性體（Elastic）定義在Z軸上的速度為0in/sec，取消原DB文件的運動定義，分別選擇兩個對稱面并分別點擊按鈕，增加對稱面（0，-1，0）和（-1，0，0）。速度邊界設(shè)置反作用力的設(shè)置Spike.DB數(shù)據(jù)文件8.2.6下模設(shè)置（1）選中TopDie，物體類型（ObjectType）選擇為彈性體（Elastic）。（2）增加對稱面（0，-1，0）和（-1，0，0）。（3）下面添加坯料對上模的反作用力，找到Spike.DB數(shù)據(jù)文件，并且選擇第90步，如圖8-16，設(shè)置ErrorTolerance（誤差容限）為0.1，點擊，出現(xiàn)力的信息。8.2.7上模支撐（1）選中Object4，在ObjectName處將Object4修改為UpperSupport，物體類型（ObjectType）選擇為彈性體（Elastic）。（2）材料H13。（3）導入幾何體，選擇安裝目錄下DEFORM3D\V6_1\Labs的UpperSupport.STL。（4）劃分網(wǎng)格增加對稱面（0，-1，0）和（-1，0，0）。（6）點擊速度邊界按鈕，設(shè)置方向為Z向，選擇UpperSupport（上模支撐）的上表面如圖8-20，點擊增加Z向固定。8.2.8下模支撐（1）選中Object5，在ObjectName處將Object5修改為LowerSupport，物體類型（ObjectType）選擇為彈性體（Elastic）。（2）定義材料。（3）導入幾何，選擇安裝目錄下DEFORM3D\V6_1\Labs的LowerSupport.STL。劃分網(wǎng)格，選擇絕對（Absolute）尺寸設(shè)置，最小單元尺寸（MinElementSize）為0.15，尺寸比（SizeRatio）為1。（5）增加對稱面（0，-1，0）和（-1，0，0）。（6）LowerSupport（下模支撐）的下表面增加Z向固定。8.2.9定義接觸關(guān)系增加兩個對象關(guān)系，分別定義UpperSupport-TopDie和LowerSupport-BottomDie為Master-Slave(主從關(guān)系)，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.3。

8.2.10檢查生成8.3模擬運算8.4后處理【綜合習題】一、思考題（1）模擬的預(yù)應(yīng)力圈對模具的受力有什么影響？（2）如何從工藝的角度降低模具受力？（3）為何報模具在一定的方向節(jié)點固定，能否采用其它方法？DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程第2章塑性成形過程數(shù)值模擬北大出版社配套電子課件【本章學習目標】★了解DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)；★掌握有限元軟件仿真求解的基本過程；★了解塑性成形模擬的特點；★了解有限元分析需要處理的基本問題?！颈菊陆虒W要點】知識要點能力要求相關(guān)知識DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)了解DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)；各個模塊的功能塑性有限元軟件的前處理、求解器及后處理仿真求解的基本過程掌握有限元軟件仿真求解的過程的工藝流程，各個工序的功能有限元仿真的實質(zhì)及實現(xiàn)步驟：劃分網(wǎng)格、材料分配、工具及邊界條件的設(shè)置等塑性成形模擬的特點了解塑性成形及其模擬分析的特點塑性成形CAE分析材料的非線性、幾何的非線性和接觸的非線性塑性有限元過程的基本問題了解有限元分析需要處理的基本問題塑性成形分析的速度場、收斂依據(jù)、摩擦條件、剛性區(qū)等基本理論問題導入案例

塑性加工過程的有限元數(shù)值模擬，可以獲得金屬變形的詳細規(guī)律，如網(wǎng)格變形、速度場、應(yīng)力和應(yīng)變場的分布規(guī)律，以及載荷-行程曲線。通過對模擬結(jié)果的可視化分析，可以在現(xiàn)有的模具設(shè)計上預(yù)測金屬的流動規(guī)律，包括缺陷的產(chǎn)生。利用得到的力邊界條件對模具進行結(jié)構(gòu)分析，從而改進模具設(shè)計，提高模具設(shè)計的合理性和模具的使用壽命，減少模具重新試制的次數(shù)。在塑性成形過程中，工件發(fā)生很大的塑性變形，在位移與應(yīng)變的關(guān)系中存在幾何非線性；在材料的本構(gòu)關(guān)系中存在材料（即物理）非線性；工件與模具的接觸與摩擦引起狀態(tài)非線性。因此，金屬塑性成形問題難于求得精確解。有限元法是目前進行非線性分析的最強有力的工具，因此也成為金屬塑性成形過程模擬的最流行的方法。DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)成形過程仿真系統(tǒng)的建立，就是將有限元理論、成形工藝學、計算機圖形處理技術(shù)等相關(guān)理論和技術(shù)進行有機結(jié)合的過程。成形問題有限元分析流程如圖2-1所示。從圖中看出，DEFORM-3D軟件的模塊結(jié)構(gòu)是由前處理器、模擬處理器（FEM求解器）和后處理三大模塊組成。（1）建立幾何模型一般的有限元分析商業(yè)軟件都提供簡單的幾何造型功能，可滿足幾何形狀簡單的成形模擬建模需要。模具型面往往包含自由曲面，需要用CAD系統(tǒng)造型。分析軟件一般都具有CAD系統(tǒng)的文件接口，以便讀入在CAD系統(tǒng)中生成的設(shè)計結(jié)果。由模具設(shè)計人員用CAD軟件設(shè)計的幾何模型，往往不能完全滿足有限元分析的要求，例如曲面有重疊、縫隙，包含過于細長的曲面片等等。因此，需要進行檢查和修改，消除這些缺陷。另外，原始設(shè)計中包含的一些細小特征，如小凸臺，拉延筋等，應(yīng)該刪去，以免導致在這些區(qū)域產(chǎn)生過多細小的單元，不必要地增加計算工作量，這些過程一般稱為幾何清理。2.建立有限元分析模型1)劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格是將問題的幾何模塑轉(zhuǎn)化成離散化的有限元網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分的方法主要可分為兩類。一類是映射法,另一類是自由的或非結(jié)構(gòu)化的方法。分網(wǎng)后應(yīng)檢查網(wǎng)格質(zhì)量，單元各邊長應(yīng)盡可能相等。單元的內(nèi)角應(yīng)盡可能平均，殼單元的各節(jié)點應(yīng)盡可能共面。2)選擇材料模型例如對于各向異性較強的板材的沖壓成形，應(yīng)選用塑性各向異性材料模型；對于熱鍛問題，應(yīng)選用黏塑性模型，為了提高計算精度，還可以考慮選用材料參數(shù)隨溫度變化的模型；為了預(yù)測冷鍛等成形過程中工件的內(nèi)部裂紋，可以采用損傷模型等等。一般而言，材料的物理性能和彈性性能參數(shù)，如密度、熱容、彈性模量、泊松比等，對于材料成分和組織結(jié)構(gòu)小的變化不太敏感。但是材料的塑性性能是結(jié)構(gòu)敏感的，與材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、熱處理狀態(tài)，以及加工歷史等都有密切關(guān)系，需要通過試驗測定。3)選擇求解算法對于準靜態(tài)的成形過程，應(yīng)盡可能選用靜力算法求解。對于高速成形過程，應(yīng)采用動力算法求解。在體積成形模擬中，若主要關(guān)心成形過程中工件的變形情況，應(yīng)采用剛塑性有限元法，以減少計算量；若還要考慮工件卸載后的殘余應(yīng)力分布，則應(yīng)采用彈塑性有限元法。3.定義工具和邊界條件1)定義邊界條件。成形模擬中的位移邊界條件主要是對稱性條件，利用對稱性可以大大減小所需的計算徽。在液壓成形中要定義液壓力作用的工件表面和液壓力隨時間的變化關(guān)系。熱分析中的邊界條件包括：環(huán)境溫度、表面換熱系數(shù)等。2)定義工具。在成形模擬中直接給定工件所受外力的情況是