Deform3D 实验.doc

学生学号

实验课成绩

学 生 实 验 报 告 书

实验课程名称
材料成型数值模拟
开 课 学 院
材料学院
指导教师姓名

学 生 姓 名

学生专业班级

2011
--
2012
学年
第
二
学期

实验课程名称 材料成型数值模拟
实验项目名称
DEFORM-3D闭式锻造模拟分析
实验成绩

实 验 者

专业班级

组 别

同 组 者

实验日期

第一部分：实验预习报告
一、实验目的
1） 了解认识DEFORM3D软件的窗口界面
2） 掌握利用DEFORM3D有限元建模的基本步骤。
3） 利用DEFORM3D模拟铸造成型过程（包括Pre、Simulator、Post Processer）
二、实验任务
已知：毛坯尺寸：Φ100mm×155.45mm
凹模尺寸：见下图，不考虑拔模角
上模尺寸：自行设计
上模压下速度：10mm/s

毛坯材料：AISI-1025[1800-2200F(1000-1200℃)
毛坯温度：1200℃
单元数：20000

完成如下操作
(1) 在DEFORM-3D/Preprocessor中建立闭式锻造模拟分析模型，
(2) 对成形结果进行模拟，完成以下操作：
提取模型模拟所得结果：最大和最小应变、成形工件尺寸、载荷-行程曲线
(3) 在模型基础上，分别改变上模压下速度（5、10、15）进行模拟，完成以下操作：
1）测量3种速度下，最终成形工件尺寸。
2）测量3种速度下，最大成形载荷值。
3）测量3种速度下，成形工件最大和最小等效应变值。

第二部分：实验过程记录
一、前处理
1. 进入DEFORM前处理窗口
在安装有Windows操作系统和Deform-3D软件的系统中，单击【开始】/【程序】中Deform-3D启动软件。
点击，增加一个新问题，出现问题设置窗口。保持系统设置不变，单击next按钮，并命名问题名字为xufujia-28，打开Deform-3D前处理器，进入前处理环境。如图1所示：

图1

2. 设置模拟控制
单击图标，打开“simulation control”窗口。在该窗口中选择系统单位为“SI”，其他默认为系统设置，单击OK按钮退出窗口。如图2.1所示：

图2.1
3. 增加新对象
通过单击对象树下等插入对象按钮，添加Top Die 和Bottom Die。点击workpiece使之加亮显示，单击按钮，为新增对象建立几何模型。单击按钮，在已经存放画好的.stl格式的工件图形导入，然后依次插入Top Die和Bottom Die,插入完的上下模以及工件模型如图3.1所示

图3.1
4. 网格生成
点击workpiece使之加亮，单击mesh按钮。在Tool标签下对网格数量进行选择，设置为20000，在detailed settings中将Size Ratio设置为1.
单击Generate Mesh按钮，生成网格如图4.1所示：

图4.1
5. 材料的选择
单击“workpiece使其高亮显示，单击，弹出材料选择窗口，点击steel，选择材料AISI-1025[1800-2200F(1000-1200C)]。单击Load按钮，将所选材料导入到Workpiece中，如图5所示：

图5
6．模拟控制设定
单击图标，打开模拟控制窗口，再单击step按钮进入步控制，依次对各项进行设置，使步数与每步进给量的积等于压下量，单击ok退出，如图6.1所示：

图6.1
然后在“simulation control”中设置stop停止内容，如图6.2所示：

图6.2
7.温度设定
单击“workpiece”中的general图标，在“Temperature”中单击Assign temperature按钮，输入合适的温度值1200，单击OK，使温度确定下来，如图7所示：

图7
8．设置对象间的位置关系
单击按钮，在此窗口中可设定对象间的位置关系。单击interference按钮，显示如图8.1所示的窗口。选择Positioning Object为“Top Die”，“Reference”中选择“Workpiece”，在“Approach Direction”选择方向为“-Z”，单击“Apply”按钮，毛坯与凸模的位置关系就确定了。同理设置“Bottom Die” 在“Approach Direction”选择方向为“Z”，单击“Apply”按钮，毛坯与凹模的位置关系就确定了。

图8.1
确定好的图形如图8.2所示

图8.2
9.对象间关系“Inter-Object”设定
单击按钮，由于当前没有设定关系，会弹出一个对话框询问是否希望系统添加默认的关系，单击Yes按钮后，进入过盈对象关系设定窗口，如图9.1所示：

图9.1
选择Top Die—（1）workpiece，点击Edit，将constantly选项设置为0.3，其他默认为系统设置即可，单击close。然后点击按钮将此设置也应用于Bottom Die—（1）workpiece。如图9.2所示：

图9.2
单击图标，然后单击Generate All按钮，毛坯与凸凹模的接触即生成，接触处出现高亮线条，如图9.3所示，单击Ok退出。

图9.3
10.凸模运动参数的设置
单击“Top die”，待其高亮显示后单击Movement图标，设定凸模的运动参数，如图10所示：

图10
11．生成数据库
单击按钮，，单击Check按钮，开始对各项数据进行检查。如图11所示。检查无误后，命名文件名为xufujia-28.DB，单击Generate按钮生成数据库。单击Close按钮，退出该窗口。

图11
12.退出前处理窗口
单击保存按钮，关闭前处理窗口。
二．Deform求解
1.打开一个刚才生成xufujia-28.DB的文件
2.求解，单击Run，开始模拟，如图2.1所示：

图2.1
三． Deform后处理
当模拟完成后，单击“post processor”中的“Deform-2D Post”，弹出后处理窗口。完成以下操作：提取模型模拟所得结果：最大和最小应变、工件尺寸（底面半径和鼓形半径）、载荷-行程曲线
1.按照右图所示 选择输出真实应变云图，可得最大最小应变，如图3.1所示：

图3.1
2.单击按钮，测量工件相应尺寸，如图3.2所示：

图3.2
3.输出载荷行程曲线
单击图标，按图3.3（a）所示进行设置，单击Ok得到载荷行程曲线，如图3.3（b）所示：

图3.23（a） 图3.3(b)

4. 在模型基础上，分别改变凸模压下速度（5、10、15mm/s）进行模拟测量三种速度下对应的毛坯最终成形尺寸（凹槽底面直径D1、盲孔直径D2、下凸台直径D3、盲孔深度H1、下凸台高度H2），毛坯最大载荷值，最大等效应变，最小等效应变并画出这些量与速度的变化曲线。

教师签字__________
第三部分 结果与讨论（可加页）
一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）
实验结果：
改变压下速度，所得到的各组数据
压下速度（mm/s）
最大载荷（KN）
凹槽底面直径D1(mm)
盲孔直径D2（mm）
下凸台直径D3（mm）
盲孔深度H1（mm）
下凸台高度H2(mm)
最大等效应变
最小等效应变
5
5570
130.044
53.991
127.796
36.7807
34.3113
7.31
0.672
10
5630
132.876
53.928
128.614
36.8621
35.0361
6.33
0.655
15
5290
131.764
53.827
128.972
35.1078
34.9832
9.54
0.643

由实验数据作出曲线图：
1.不同压下速度的最大载荷曲线
随着速度的增加，最大载荷首先增加，然后逐渐减小

2.成型工件尺寸随压下速度变化曲线
随着压下速度的升高，凹槽地面直径先增大后减小，减小速率小与增大速率

随着压下速度的升高，盲孔直径近似成线性规律减小

随着压下速度的升高，下凸台直径逐渐增大，且增大速率逐渐减小

随着压下速度的升高，盲孔深度先是慢慢增加，然后逐渐减小，且减小速率比增大速率大

随着压下速度的升高，下凸台高度首先增加，然后略微减小一点趋于稳定

3.应变-速度变化曲线：
随着压下速度的升高最大等效应变先减小后增大，而最小等下应变则持续减小，且减小规律近似服从线性规律

二、 小结、建议及体会
通过这次试验，了解DEFORM3D有限元建模的基本流程。对于其前处理中应该注意的问题有了更深刻的认识，同时在自己操作过程中发现问题，然后通过各种渠道去解决问题，对于自己应用软件的提高有很大帮助。