材料成型数值模拟设计实验.docx

同学学号试验课成果或隆理二人孚学生实验报告书试验课程名称 开课学院 指导老师姓名 学生姓名 同学专业班级材料成型数值模拟设计试验材料学院成型1001班20222022 学年第二学期-(5 >Step -1'-0M«sh - El«m 986 - Q PDie Top Die OG«o - Entity 5 tom Die'-OGeo - Entity 5Options H«lp- + q c< Q、匚一：一一 V 支入二 丫 1J1©New Simulation总 & I OPERATION 1 Step -1E- OWoxkpiece7 .温度设定次单击 “workpiece”、“Top Die”、“Bottom Die” 中的 general 图标，在“Temperature” 中单击Assign temperature按钮，输入合适的温度值，单击OK,使温度确定下来。如下图:New Simulation耳I OPERATION 1 Step -1；ece工盖Mesh - El em 986B f| PDie Top Die：.)G-eo - Ent i t y 5E-OBottom Di CD Geo -电qQ QObj ect| (1) TOorkpi ece弃GeneraloGeomet ryMeshMovement:口Bdry. Cnd.Propert i esObj ect NameObj ect Type|1 20。C Assi exl t emperatnre.AdvancedTemperatureMat eriallAISI-1025 El800-2200F(l000-1200C 1_ 曰 XOPERATION 1Mesh.Elem 985白“ TOorkpi ece由INew Simulation>r7 CPDi e Top Di eCD5- ( ) & eoEnt i ty 5巨fI Bot tom Die()G- eoTotal objectOb j ect3Obj ect NameOt> j ec± Te*peiraL±ui7eP1 ea.se ertf er tlie value for temperature:CDG eom e t ry弃G ene ra.Import Ob j ect.Ri Ei dPlastic20. 000Ot> j ect Tyr»ePo roxisAssi En t empera.tnre.室 MeshBdry. Cnd.*Movement因Propert i esUserNew Simulation之I 1 OPERATION 1 Step T B- iTOorkpi ece= ®Mesh - Elem 986QH- £2J PDie Top Die()Geo 一 Ent i ty 5l7-tgBot t om Die：.( )Geo - Entity 5Total object (s): 34 a 息萼q q eObject|(3)Bottom Die手GeneraloGeomet ryMeshWMovementBdry. Cnd.Import Object.Object NameObject TypePropert i esTemperature8 .凸模运动参数的设置单击“Tbpdie”，待其高亮显示后单击Movement图标，设定凸模的运动参数，如下列图所示9 .模拟掌握设定单击啰图标，翻开模拟掌握窗口，再单击step按钮进入步掌握，依次对各项进行设置，单击ok退出，如下列图所示:Kelpa n至Q眩 ) 匕eI Z 17近以眄 3：49也除1 一. 11 一 .J>一1 一 GeneralKainStarting Step NumberStepNumber of Simulation StepsStopStep Increment to SaveRemesh CriteriaPrimary DieSolution Steps Definition11 erat ionProcess ConditionsAdvancedSi>ulation ControlsAdvanced 1Advanced 2With Equal Time Increment' With Equal Die DisplacementCancel10 .设置对象间的位置关系单击3：按钮，弹出单击3：按钮，弹出< Object Positioning的窗口，在此窗口中可设定对象间的位置关系。单击 interference 按钮。选择 Positioning Object 为"Workpiece"，“reference” 中选择 “Top Die”, 在“Approach Direction”选择方向为“Y”，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 “-Y”，单击 “Apply” 按钮, 毛坯与凹模的位置关系就确定了。Help口【IK+ d a i。卬g匕邑1呼 * / a RotationalPosi t ioniriE ob j ect 1- TOorkpi eceG I rtt e r f e r ertc eReference 2- Top DieI nt er f er ertce 0. 0001OPERATION 1 (231 Woi ece5" ®Mesh - Elem 986Ig FDi e Top Die：.Q2) Geo Entity 5匚？Bo11om Diei.1g eo - Ent i t y 5Total obi ect CsJ : 3Obj ectWorkpi eceImport Object.Object Name 怔33弃G-enera.1o&eomet ryIL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盼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单击Yes按钮后，进入过盈对象关系设定窗口如下列图所示： zhangy 浦运八702291lc Vl« Options H«lp©OS b a匕口也 IL用 Inter-ObjectSiauZationSiauZationCeSRATZOK ： St*D .JL»444Ua4444*XaU4K*«a« ：SU：SSS；：£S334S£S33 汨崇”三三三三三三三三三三三三三亍三：4U；IUsaUU；：£SSUU&SS3U:二 M；：二二二二；： = = = = = =二二 «| II OHII ««iuuiiiiaiiMU<iaaaMU««aauI4UUJIS34UUSZ3UUSSZ34 ：U：；：USU；：；：£S33U££SSU tti ttttttwntt tfKWX;三 QWorkpiecel- Elen ；005S o To© DieL CJGg - Intity S Q&otto© 8OG«o - Entity 3Total object(s): 3t c-P Priaaxy Die：e=perature .AdVftACAd卜：5iObject TyptXov«a«nt5dry. Cnd.Properties Sava Object.选择Top Die (1) workpiece,单击Edit,将constantly选项设置为0.3,其他为系统默认 设置即可，单击close。同样设置Bottom Die (1) workpieceo如下列图所示：单击图标单击图标，然后单击Generate All按钮，毛坯与凸凹模的接触即生成，单击Ok退出。12 .生成数据库单击0按钮，消失如图9.1所示的窗口，单击Check按钮，开头对各项数据进行检查。如下列图 所示。检查无误后，单击Generate按钮生成数据库。单击Close按钮，退出该窗口。Database GenerationQ Save Object.SisulationY13 .退出前处理窗口试验教学管理基本法律规范试验是培育同学动手力量、分析解决问题力量的重要环节；试验报告是反映试验教学水平 与质量的重要依据。为加强试验过程管理，改革试验成果考核方法，改善试验教学效果，提高 同学质量，特制定试验教学管理基本法律规范。1、本法律规范适用于理工科类专业试验课程，文、经、管、计算机类试验课程可依据详细状 况参照执行或暂不执行。2、每门试验课程一般会包括很多试验工程，除特别简洁的验证演示性试验工程可以不写试验 报告外，其他试验工程均应按本格式完成试验报告。3、试验报告应由试验预习、试验过程、结果分析三大局部组成。每局部均在试验成果中占肯 定比例。各局部成果的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以依据 详细状况，调整考核内容和评分标准。4、同学必需在完成试验预习内容的前提下进行试验。老师要在试验过程中抽查同学预习状况, 在同学离开试验室前，检查同学试验操作和纪录状况，并在试验报告其次局部老师签字栏 签名，以确保试验纪录的真实性。5、老师应准时评阅同学的试验报告并给出各试验工程成果，完整保存试验报告。在完成全部 试验工程后，老师应按同学姓名将批改好的各试验工程试验报告装订成册，构成该试验课 程总报告，按班级交课程担当单位（试验中心或试验室）保管存档。6、试验课程成果按其类型实行百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：试验考核参考内容及标准观测点考核目标成果组成试验预习1 .预习报告2 .提问3 .对于设计型试验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性对试验目的和基本原理 的熟识程度，对试验方 案的设计力量20%试验过程1 .是否按时参与试验2 .对试验过程的熟识程度3 .对基本操作的法律规范程度4 .对突发大事的应急处理力量5 .试验原始纪录的完整程度6 .同学之间的团结协作精神着重考查同学的试验态 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1 .所分析结果是否用原始纪录数据2 .计算结果是否正确3 .试验结果分析是否合理4 .对于综合试验，各项内容之间是否有分 析、比拟与推断等考查同学对试验数据处 理和现象分析的力量； 对专业学问的综合应用 力量；事实求实的精神50%行程一底面半径底面半径压下里/mm0864208676666655U1E& 升行程一最大半径-最大半径o o o o o o 0 8 6 4 21EE就升1.220.916(5.00,0.544)255075100压下里/mm20mm/s时毛坯等效应变图Point TrackingStrain Effective) (mm/mm)I I I I I * I * III20mm/s时载荷.行程曲线Y Load (N) 1.38e+006Load Prediction1.1e+006 1 1 1 ''rZiTiTi|BworkpieciFoTo'! Top DieMSBoitom Die2e+06).，828e+0055.52e+005MS二二二 J -一 11I厂一 一 Q 1 一 “1f1 11111. 1(100.0,0)_， HK 和 i7.分别转变毛坯初始温度(900、1000、1100、1200),压下速度(5、10、15、20mm/s)进 行模拟；测量四种温度和速度下，毛坯最终成形尺寸(X、Y方向尺寸)，作出尺寸随温度和速 度变化曲线；测量四种温度和速度下，毛坯最大载荷值，作出载荷随温度和速度变化曲线；测 量四种温度和速度下，毛坯最大和最小等效应变值，最大和最小应变值，作出应变随温度和速 度变化曲线。(1)纪录测得的数据如下表所示：速度保持不变，温度变化初始温度 /最大载荷(KN)最终底面半 径(mm)最终最大半 径(mm)Y方向尺寸/mm最小等 效应变最大等 效应变1200122068.565189.45371000.009271.631100227072.35987.75381000.09031.461000476072.242587.6411000.09621.56900741071.949787.65321000.09451.63温度保持1200C不变，速度变化压下速度 (mm/s)最大载荷 (KN)最终底面半 径(mm)最终最大半 径(mm)Y方向 尺寸/mm最小等效 应变最大等效 应变5112067.383189.8567100.0080.00191.7110122068.565189.45371000.00931.6315128069.083889.23461000.02061.6020132069.409089.0841100.0080.02811.58(2)各参数随速度变化趋势速度一底面半径70.000070.0000EE/2升恒忸69.500069.000068.500068.000067.500067.000066.500066.0000底面半径速度/ mm/s速度一最终最大半径90.000088.600089.800089.600089.400089.2000最终最大半径89.000088.80005101520速度/ mm/s速度一最大载荷135010001300125012001150-最大载荷110010501020速度/ mm/s最终底面半径-最终最大半径温度/(3)各参数随温度变化趋势温度一最终底面半径73.000072.000071.000070.000069.000068.000067.0000温度/七温度一最终最大半径温度一最大载荷温度一最小等效应变0.12000.00000.10000.08000.06000.0400一最小等效应变0.0200120011001000900温度/七温度一最大等效应变1.401.401.35 -11200 11OO1OOO900温度/P温度一Y方向尺寸o -1120011OO1OOO900温度/P老师签字试验课程名称材料成型数值模拟试验工程名称DEFORM-3D闭式锻造模拟分析试验成果实验者专业班级成型1001班组另U同组者试验日期2013年4月11日第一局部：试验预习报告一、试验目的1) 了解熟识DEF0RM3D软件的窗口界面。2)把握采用DEF0RM3D有限元建模的基本步骤。3)采用DEF0RM3D模拟铸造成型过程(包括Pre、Simula二、试验任务：毛坯尺寸：100mmX 155.45mm凹模尺寸：见下列图，不考虑拔模角上模尺寸：自行设计上模压下速度：1 Omm/s0132>L r w055,w0131 4>w0191金注：1未注圆角均为R32未注拔模角均为2。毛坯材料：AISI-1025l 800-2200F(l 000-1200 )毛坯温度：1200单元数:20000tor、Post Processer)9 寸QJV CO完成如下操作(4)在DEFORM-3D/Preprocessor中建立闭式锻造模拟分析模型，(5)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(6)在模型基础上，分别转变上模压下速度(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。其次局部：试验过程纪录一、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【开头】/【程序】中Deform-3D 启动软件。点击IIB,增加一个新问题，消失问题设置窗口。保持系统设置不变，单击next按钮，并命名问题名字为xufujia-28,翻开Deform-3D前处理器，进入前处理环境。如图1所示:于 Problem SetupProblea TypeDefors_3D preprocessorGuided teaplatesC ForaingC XachiningIcuttineJC Die stress analysisC Shape rollingC Ring rollingC Prefora wizardC Inverse heat transfer wizardC Heat treataent wizardC Cogging wizard$ Problem SetupProblea location6 Under problem hone directoryC Under current selected directoryC Use current selected directory (without creating a new directory)C Other location|Browse. . . I< Back I JCext >Cancel< BackNext > I Cancel.设置模拟掌握单击喧图标，翻开“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0K按钮退出窗口。如图2.1所示：Simulation图2.12 .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。扇DEFORM SIMULATION白.,金I OPERATION 1 Step -1 p-Q WorkpieceHQ PDie Top Die:Bottom Dieo点击workpiece使之加亮显示，单击Geomet"按钮，为新增对象建立几何模型。单击自言.二|按钮，在已经存放画好的刈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3.13 .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:ObjectI(1) WorkpieceObject(1) WorkpieceMesh 7-peGeneralG Tetranedra.二£5卜疹GeneralXesh Type( Tttrah«dral aoshC Brick MshoG«oa«trrTool* Detailed Settincs I Keaesh CriteriaToolxDetailed SettingsXeshXoveaentSuscAxyXwnber of: Nodas |oEl«s«nts |oBdry. Cnd.AdvancedSurface Polycom joProperties Finer internal z«shPreviewjiGenerate Xesh)£h.cN | ganuilP£ave Xesh.|Generate both surface and solfdXeshTyp«旺Xoveaent中Bdry. Cnd.圜Properties叙Advanced( System SetupSurface MeshSolid XeshDefault Setting试验课程名称材料成型数值模拟第一局部：试验预习报告（包括试验目的、意义，试验基本原理与方法，主要仪器设试验工程名称采用DEFORM模拟徽粗锻造成型试验成果实验者专业班级成型1001班组另U同组者试验日期2013年4月8日施及耗材，试验方案与技术路线等）一、试验目的1） 了解熟识DEFORM软件的窗口界面。2） 了解DEFORM界面中功能键的作用。3）把握采用DEFORM有限元建模的基本步骤。4）采用 DEFOR 模拟铸造成型过程（包括 Pre、Simulator、Post Processer）o二、试验原理DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的 各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，关心工程师和设 计人员：设计工具和产品工艺流程，削减昂贵的现场试验本钱。提高工模具设计 效率，降低生产和材料本钱。缩短新产品的争论开发周期。DEF0RM-2D （二维）适 用于各种常见的UNIX工作站平台（HP, SGI, SUN, DEC, IBM）和Windows-NT微机 平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术， 既适用于生产设计，又便利科学争论。三、试验步骤1. DEFORM 前处理过程（Pre Processer）1）进入DEFORM前处理窗口。2） 了解DEFORM前处理中的常用图标3）设置模拟掌握4）增加新对象5）网格生成6）材料的选择7）确立边界条件8）温度设定9）凸模运动参数的设置图4.15 .材料的选择单击“workpiece使其高亮显示，单击_$ L弹出材料选择窗口，点击steel,选择材料AISL1025 1800-2200F( 1000-1200C)o 单击 Load 按钮，将所选材料导入到 Workpiece 中，如图 5 所示：图56 .模拟掌握设定单击侬图标，翻开模拟掌握窗口，再单击step按钮进入步掌握，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。k退出，如图6.1所示:图6.1stop再点击,进行停止掌握。如下图:侬 Simulation Controls图6.27 .温度设定单击“ workpiecev 中 的 general 图标，在“ Temperature ” 中单击 Assign temperature 按钮上加工"2,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78、体积补偿度 单击丁。616图标，在 “Target Volume” 中选择 “Active in FEM+meshing”，再单击图标，在弹出的“Target Volume"对话框中单击“Yes”。如下图:Workpiece疹GeneralOGecaetrysXeshwMovezient疹GeneralOGecaetrysXeshwMovezientDeformationThermal Fracture HardnessAverage strain rateLiniting strain rate 0. 01Volume penaltyInduction HeatingRotational <1/-Creep Calculation< Not active：HBdry. Cnd.PropertiesAdvanced E 1 a s i: sPrevious step solutionr* Plastic soluticn回 Target Volume 区一 Jq The volune of the ziesh is 1. 19895e+06 The volume of the geometry is 1. 2009e*06 The percentage difference in voluae is -O. 16Do you want to use the geczietry volume as the target voluzoe?9 .设置对象间的位置关系A 3r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。选择PositioningObject 为"Workpiece"，“reference” 中选择 “Top Die”，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。q : Object Positioning上 Object Positioning图9. 1确定好的图形如图8. 2所示图9.210 .对象间关系“Inter-Object”设定单击小按钮，由于当前没有设定关系，会弹出一个对话框询问是否盼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：/ Inter-Object''图 10.1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。然后点击加情°ther relations |按钮将此设置也应用于Bottom Die(1) workpieceo 如图 9.2 所示:图 10.2单击图标Ll,然后单击Generate AH按钮，毛坯与凸凹模的接触即生成，接触处消失高亮 线条，如图9.3所示，单击Ok退出。图 10.311 .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:Total object s): 3*电Object(2) Top DieFl- Q Workpiecegj A：SI-10251800-2200F (1000.! !-Xesh - Elea 22907 Q Geo - Pol于 76 PDie Top Die | L-OGeo - Poly 616GeneraloGtocetryXeshsJtovezientBdry. Cnd.圜PropertiesAdvancedTranslation RotationSpecifications< Defined User RoutineDefined6 ConstantC Function of tiaeC Function of strokeC Proportional to speed of other objectConstant value 10am/secql Cb.1 n ml v-12 .生成数据库单击日按钮，单击Check按钮，开头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zhangyalian70229.DB,单击Generate按钮生成数据库。单击Close按钮，退出该窗口。L>Database GenerationDatabase Generation图1213 .退出前处理窗口单击保存按钮，关闭前处理窗口。二.Deform 求解L翻开一个刚才生成xufujia-28.DB的文件2.求解，单击Run,开头模拟，如图2.1所示：三.Deform后处理当模拟完成后，单击“postprocessor”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-行程曲线擎 None二三一三二三Strain-EffectiveStrain Rate-Effective Stress-EffectiveStress-乂ax Principal Velocity-Total Vel TemperatureL依据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:!/ /0,664 Min6.85 Max OK/S i OK/SX图3.12,单击按钮B ,测量工件相应尺寸，如图3.2所示：3.输出载荷行程曲线单击图标出，按图3.3 (a)所示进行设置,图3.2单击0k得到载荷行程曲线，如图3.3 (b)所示:Display options 旷 Step tracer 厂 Absolute valuesSaoothinK ( None First order Second orderVisual effects |1. 000000C TireLoad Prediction船髀)8.05e+0066.04e+0064.02e+0062.01e+0060图 3.3(b)图 3.3(b)图 3. 23 (a)4.在模型基础上，分别转变凸模压下速度（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。Z Load (N) 8.45e+006Load PredictionStep 2036.76e+0065.07e+0063.38e+0061.69e+00611.60.0000.656 Min9.02 MaxStrain - Effective (mm/mm)23.3125上模压下速度为5mm/s7.05e+0065.29e*0063.53e+0060.0001.76e+0060.592 Min00.000125156Step 202Strain - Effective (mm/mm)，Z Load (N) 8.81e+00&Str据,mm) 93 5Strol<efmm) 93 50 o.ooookys » ok/sLoad Prediction- Workpiece Top Die-Bottom Die(148.8.31 e>06)13.96.9711.1 Max上模压下速度为15nun/s老师签字第三局部结果与争论 (可加页)、试验结果分析(包括数据处理、试验现象分析、影响因素争论、综合分析和结论等)试验结果：转变压下速度，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)最小等 效应变最大等 效应变58040131.67254.8075131.36236.661636.69650.6569.02109580126.56253.3294127.68635.225630.09680.6646.85158310130.60154.0285133.28940.210229.04780.59211.1由试验数据作出曲线图：1 .不同压下速度的最大载荷曲线2 .成型工件尺寸随压下速度变化曲线速度一凹槽底面直径一凹槽底面直径321098765433332222221111111111EEW回憾WS10）模拟掌握设定11）设定对象间的位置关系12）对象间关系“Inter-Object”的设定13）生成数据库14）退出前处理窗口2. DEFORM 求解（Simulator Processer）DEFORM 后处理（Post Processer）1） 了解DEFORM后处理中的常用图标。2）动画显示3）步的选择4）节点距离测量5）真实应变6）应变云图显示7）金属流线显示8）载