deform圆柱体压缩过程模拟副本Word文件下载.docx
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1.1实验目的
进一步熟悉AUTOCAD或PRO/E实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM软件的前处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM软件分析压缩变形的变形力学问题。
1.2实验内容
运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。
（一）压缩条件与参数
锤头与砧板：
尺寸200×
200×
20mm，材质DIN-D5-1U,COLD，温度室温。
工件：
材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表所示，温度室温。
序号
圆柱体直径，mm
圆柱体高度，mm
摩擦系数，滑动摩擦
锤头运动速度，mm/s
压缩程度，%
1
100
150
20
2
0.2
3
250
4
（二）实验要求：
（1）运用AUTOCAD或PRO/e绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl格式输出；
（2）设计模拟控制参数；
（3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）；
（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；
（5）比较方案1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因；
（6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。
2三维造型与模拟过程简述
2.1工模具及工件的三维造型
根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。
2.2压缩过程模拟
2.2.1前处理
建立新问题：
程序DEFORM5.03FileNewProblemNext在ProblemName栏中填写“Forging”Finish进入前前处理界面；
单位制度选择：
点击SimulationControl按钮Main按钮在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。
添加对象：
点击添加按钮添加对象，依次为“workpiece”、“topdie”、“bottomdie”。
定义对象的材料模型：
在对象树上选择workpiece点击General选中Plastic选项（塑性）点击Assigntemperature填入温度，如20点击OK按钮；
在对象树上选择topdie点击General按钮选中Rigid选项（刚性）点击Assigntemperature按钮填入温度，20点击OK按钮勾选PrimaryDie选项（定义为extrusiondummyblock主动工具）如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选PrimaryDie选项）。
调整对象位置关系：
在工具栏点击ObjectPositioning按钮进入对象位置关系调整对话框根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系点击OK按钮完成；
模拟控制设置：
点击SimulationConrol按钮Main选中SI选项，勾选“Deformation”选项，点击Step在NumberofSimulationSteps栏中填入模拟步数为15StepIncrementtoSave栏中填入每隔2步就保存模拟信息在PrimaryDie栏中选择extrusiondummyblock（以挤压垫为主动工具）在WithConstantTimeIncrement栏中填入时间步长为1点击OK按钮完成模拟设置；
实体网格化：
在对象树上选择workpiece点击Mesh点击DetailedSettings选择absolute在MinElementSize填入3点击GenerateMesh工件网格生成；
设置对象材料属性：
在对象树上选择workpiece点击Meterial点击other选择DIN-CuZn40Pb2点击AssignMeterial完成材料属性的添加；
设置主动工具运行速度：
在对象树上选择topdie点击Movement在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项在Direction选中主动工具运行，-Z在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant，填入速度值，如1mm/sec；
工件体积补偿：
在对象树上选择extrusionworkpiece点击Property在TargetVolume卡上选中Active选项点击CalculateVolumer按钮点击Yes按钮勾选Compensateduringremeshing
边界条件定义：
在工具栏上点击Inter-Object按钮在对话框上选择workpiece—topdie点击Edit点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项，填入摩擦系数，如0.2点击Close按钮如此重复，依次设置其它接触关系点击Generateall点击tolerace点击OK按钮完成边界条件设置；
保存k文件：
在对象树上选择workpiece点击Save按钮点击保存按钮保存工件的前处理信息重复操作，依次保存各工模具的信息。
2.2.2生成库文件
在工具栏上点击Databasegeneration按钮在Type栏选中New选项选择路径（英文）填入数据库文件名（英文），如stickextrusion或tubeextrusion点击Check没有错误信息则点击Generate完成模拟数据库的生成。
2.2.3退出前处理程序
在工具栏上点击Exi，退出前处理程序界面。
2.2.4模拟运算
在主控程序界面上，单击项目栏中的Forging.DB文件单击Run按钮，进入运算对话框单击Start按钮开始运算单击Stop按钮停止运算单击Summary，Preview，Message，Log按钮可以观察模拟运算情况。
3.模拟实验结果分析
3.11和2比较
A．StressMax比较
图2方案1和方案2最大应力分布情况
图3方案1和方案2最大应力点跟踪分析
B.StrainMax比较
图4方案1和方案2最大应变分布情况
图5方案1和方案2最大应变点跟踪分析
3.23和4比较
A.StressMax比较
图6方案3和方案4最大应力分布情况
图7方案3和方案4最大应力点跟踪分析
图8方案3和方案4最大应变分布情况
图9方案3和方案4最大应变点跟踪分析
3.31和3比较
图10方案1和方案3最大应力分布情况
图11方案1和方案3最大应力点跟踪分析
图12方案1和方案3最大应变分布情况
图13方案1和方案3最大应变点跟踪分析
3.42和4比较
图14方案2和方案4最大应力分布情况
图15方案2和方案4最大应力点跟踪分析
图16方案2和方案4最大应变分布情况
图17方案2和方案4最大应变点跟踪分析
3.5各组温度比较
图18方案1和方案3温度比较
3.6各组破坏系数分布
图19方案1和方案3破坏系数分布
从上面几组图形中可以的到如下的分析：
实验一、三组为无摩擦状态下的压缩模拟，实验二、四组为有摩擦状态下的压缩模拟。
从最大应力分布情况以及最大应变分布情况可以明显的看三大变形区不同应力及应变的分布情况。
由于不同变形区的影响，会在压缩过程中引起不同的变化。
实验一、二组的坯料的圆柱体高度为150mm，实验三、四组的圆柱体高度为250mm。
从实验结果可以看出，高度为250mm的圆柱体的压缩较为均匀。
这是由于坯料高度的增大，使难变形区的影响逐渐减小，单位变形力越来越稳定，金属的变形主要集中于易变形区，摩擦对变形金属的影响越来越小。
在没有摩擦的情况下，应力基本均匀分布，这是由于正向挤压时，轴向压力是由于挤压垫作用于金属上的压力和圆柱胚料的的反作用力产生的。
由于没有摩擦力的作用，金属沿各个方向所受的挤压力都一样，故而各个方向的应力值都一样。
在有摩擦情况下，由剖视图可以看出应力值很明显的分为不同的区域，胚料接触面中心部位压应力最强，这是由于胚料中心部位有强烈的三向压应力状态，虽然有由接触摩擦而产生的不均匀变形导致的附加拉应力的存在，但任然改变不了此区域强烈的三向压应力状态形式。
胚料的表面（非接触端）由于环向出现附加拉应力使其应力状态发生变化，此环向拉应力越靠近外层越大，而径向压应力越靠近外层越小，因此该区域出现两压一拉的应力状态。
在没有摩擦的情况下，胚料在各个方向所受的应力相同，故而呈均匀的应变状态；
在有摩擦情况下，在圆柱体端面中心的接触部分，所受的接触摩擦最大，且远离与垂直作用力呈45度交角的易产生滑移的区域。
在此区域产生塑性变形较为困难，所以在此区域应变最小。
胚料的表面及内部地区，由于处于与垂直作用力大致呈45度交角的有利变形区域，且距端面较远，因此此区域最易发生塑性变形，应变较大。
端部环向附加拉应力最大，且径向压应力最小，故而此区域拉应力最大，因此应变最大。
4.实验总结：
本次模拟实验中，我们可以简单掌握并认识Dform-3D模拟圆柱体压缩的一些过程，掌握DEFORM软件中步长设置和网格划分等有关技巧，并且对圆柱体压缩过程中各个部分应力应变状态有了较为清晰的认识。
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