申小敏DEFORM-3D实验 - 图文

学生学号 0120801080132 实验课成绩 学 生 实 验 报 告 书

实验课程名称 开 课 学 院 指导教师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级

材料成型数值模拟设计实验

材料学院 朱春东、钱东升

申小敏 成型0801

2010

-- 2011 学年 第 一 学期

实验教学管理基本规范

实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。

1、 本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况

参照执行或暂不执行。

2、 每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实

验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。

3、 实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占

一定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。

4、 学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情

况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。

5、 教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所

有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、 实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点 1． 预习报告 2． 提问 3． 对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性 1． 是否按时参加实验 2． 对实验过程的熟悉程度 3． 对基本操作的规范程度 4． 对突发事件的应急处理能力 5． 实验原始记录的完整程度 6． 同学之间的团结协作精神 1． 所分析结果是否用原始记录数据 2． 计算结果是否正确 3． 实验结果分析是否合理 4． 对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等 考核目标 对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力 成绩组成 实验预习 20% 实验过程 着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神 30% 结果分析 考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神 50%

实验项目名称 DEFORM-3D圆柱体镦粗模拟分析 实 验 者 同 组 者 申小敏 专业班级 成型0801 实验成绩 组 别 实验日期 2011-5-16 第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等） 一、 实验目的 1） 了解认识DEFORM-3D软件的窗口界面。 2） 了解DEFORM-3D界面中功能键的作用。 3） 掌握利用DEFORM-3D有限元建模的基本步骤。 4） 学会对DEFORM-3D模拟的数据进行分析。 二、 实验原理 DEFORM-3D是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。DEFORM- 3D功能与2D类似，但它处理的对象为复杂的三维零件、模具等。 不需要人工乾预，全自动网格再剖分。前处理中自动生成边界条件，确保数据准备快速可靠。 DEFORM- 3D模型来自CAD系统的面或实体造型（STL/SLA）格式。DEFORM -3D 是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维 (3D) 流动，提供极有价值的工艺分析数据，有关成形过程中的材料和温度流动。典型的DEFORM-3D应用包括锻造、挤压、镦头、轧制,自由锻、弯曲和其他成形加工手段。 三、实验步骤 1．DEFORM前处理过程（Pre Processer） 进入DEFORM前处理窗口。 了解DEFORM前处理中的常用图标 设置模拟控制 增加新对象 网格生成 材料的选择 确立边界条件 温度设定 凸模运动参数的设置 模拟控制设定 设定对象间的位置关系 对象间关系“Inter-Object”的设定 生成数据库 退出前处理窗口 2．DEFORM求解（Simulator Processer） 3．DEFORM后处理（Post Processer） 了解DEFORM后处理中的常用图标。 步的选择 真实应变 金属流线 载荷——行程曲线 体积变化曲线 四、实验任务 已知条件 毛坯尺寸：底面半径60mm，高度200mm 毛坯材料：AISI-1025[1800-2200F(1000-1200℃) 毛坯温度：1200℃ 单元数：10000 模具尺寸：长度200，宽度150，高度60 上模压下量100mm，压下速度10mm/s 完成如下操作 (1) 分别在DEFORM-3D/Preprocessor和DEFORM-3D/Forming 中建立圆柱体镦粗模拟分析模型，生成以“姓名拼音-学号”命名的.DB文件，如：金坤操作命名为JinKun-07 (2) 对镦粗过程进行模拟，完成以下操作： 1）比较两种模型模拟所得结果：应变、温度、工件尺寸、载荷 (3) 在DEFORM-3D/Forming模型中，分别对毛坯初始温度为900、1000、1100、1200℃四种情况进行模拟，完成以下操作： 1）测量四种温度下，毛坯最终成形尺寸（X、Y方向尺寸），作出温度-尺寸变化曲线。 2）测量四种温度下，毛坯最大载荷值，作出温度-载荷变化曲线 3）测量四种温度下，毛坯最大和最小等效应变值，最大和最小温度值，作出初始温度-应变、初始温度-最终温度变化曲线。 第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等） 在DEFORM-3D/Preprocessor中建立圆柱体镦粗模拟分析模型的过程如下： 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，单击启动软件。 选择file|new，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，打开deform-2D前处理器，进入前处理环境。如图所示： 2. 设置模拟控 单击 图标，打开“simulation control”窗口。在该窗口中改变模拟标题为newtrial，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。 3. 增加新对象通过单击对象树下等插入对象按钮单击，添加新对象workpiece，按钮，为新增对象建立几何模型。为新增对象建立几何模型。单击按钮 出现Geometry Forming对话框，在其中输入直径，高度和旋转角度的参数。如图所示:

由于坯料为对称图形，所以坯料的形状选择为“symmetry（对称）”，作这样的简化，可以为建模和后续计算带来方便。物体的数目选择为“1 workpiece+2 dies（一个工件加两个模具）”。 坯料温度设为“1200℃”，下一步；单击“Define primitive geometry（定义原始几何形状）”，选择物体形状为“Cylinder（柱状）”，尺寸参数如下图所示，点击“Create（创建）”，完成坯料建模，下一步。 设置划分的网格数目为10000单击Advanced进一步设置网格，将size ratio改为1，单击“Generate mesh（创建网格）”，下一步。 生成如图所示的网格，接下来定义对称平面，在模型上选择对称平面，会以绿色高亮显示，如下图，下一步。 定义坯料材料，单击“Import material from library（从材料库导入）”，选择“AISI-1025[1800-2200F(1000-1200℃)”，点击“Load（装载）”确定，下一步。 3.建立锻模模型、定义锻模的运动参数 模具温度设定为默认的“20℃”，建模过程同坯料的相同，上下模的尺寸参数都为：宽150mm、高60mm、长200mm，下一步。 出现如图所示的模具，定义上模的运动类型为“Speed/Load（速度/负载）”，方向为“-Z”，然后选择“Speed（速度）”，并定义大小为10mm/sec 下模的建模过程同上模基本相同，只是不用设定运动参数，因为下模是固定不动的。完成后，点击下一步： 模型的装配。首先点击“Automatic position（自动定位）”，查看自动定位后的模型，如图所示，再点击“Position objects（物体定位）”，采用“Offset（补偿）”的方式调整。完成后，下一步。 定义接触条件。设置摩擦系数为“Hot forging（lubricated） 0.3”，其余参数保持默认设置，单击“Generate contact nodes（生成接触节点）”，下一步。 设定优先模总行程为“100mm”，下一步，停止控制保持默认参数，下一步。 模拟控制中，设定分析步数目为“100”，步增量为“5”，下一步 单击“Data check（检查数据）”，屏幕下方的信息区显示“Database can be generated（可以建立数据库）”时，单击“Generate database（建立数据库）”，当信息区再次显示“Done Writing Database（数据库写入完成）”时，表明数据库建立完毕；保存，退出。

二、计算分析 退回主界面后，在左侧的树型目录中，选中刚建立的“duncu”数据库文件，点击右侧“Simulator（模拟器）”模块中的“Run（计算）”。计算完后，单击“Post Processor（后处理器）”中的“DEFORM-3D Post（Deform-3D后处理器）”，进入后处理模块 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） 1.实验结果对比：（1200℃） 左边Preprocesso中的结果 在forming中的结果 2.在forming中的实验结果对比： （1）等效应变图 １２００℃ １１００℃ １０００℃ ９００℃ （２）温度变化图： 初始温度１２００℃ １１００℃ １０００℃ ９００℃ （３）载荷行程曲线 １２００℃ １１００℃ １０００℃ ９００℃ 实验结果如下表所示： 900℃ 最小应变 0.0000880 最大应变 1.85 最小温度/℃ 378 最大温度/℃ 992 最大载荷/KN 3250 X尺寸/mm 90.9793 Y尺寸/mm 182.036 实验结果曲线如下所示： 1000℃ 0.000 1.90 404 1070 2200 91.971 184.112 1100℃ 0.000 2.20 431 1140 1390 93.3088 186.888 1200℃ 0.000 5.15 459 1230 881 93.899 188.205 实验结果分析： 在DEFORM-3D/Preprocessor中模拟的是恒温变形，而在DEFORM-3D/Forming中不是恒温变形，温度不均匀造成内部产生内应力，使得塑性较前者小，变形抗力大。最终导致前者尺寸比较大，这都是因为前者塑性大，变形大。 温度变化曲线，随着初始温度的增大，变形完之后的最大温度，最小温度也随之成增大趋势。坯料的中心部位是最大变形区，所以最终这里的温度最高，而与模具接触的部位是难变形区，所以这里温度最小。而且最终的最大温度都比坯料的初始温度稍高一点，这都是因为坯料变形时金属流动摩擦产生的热量导致。 温度对载荷的影响也比较大，随着温度的升高，载荷减小，这是因为温度影响坯料的塑性与变形抗力，温度越大，塑性越好，变形抗力越小，坯料越易变形，所需载荷就越小。 实验小结： 通过上机操作，使理论的知识得到了实践，每次上课就看老师熟练的操作着，自己完全不记得那繁琐的步骤，而通过上机自己动手，了解DEFORM-3D软件的应用界面和各个按钮图标的强大功能，学会了用Preprocess和Formingor这两种方法分析圆柱体鐓粗，熟悉了如何进行前处理，运行和后处理，虽然花费了很多时间，但学到了很多，最起码认识了各个图标的作用，自己以后可以通过它分析很多工程上的应用。还了解了这两种方法分析过程的区别，以及后一种方法操作的方便简单性。

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