DEFORM-3D基本操作指南.ppt
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1、 DEFORM系列软件是由美国的科学成形技术公司(Science Forming Technology Corporation)开发的。该系列软件主要应用于金属塑性加工、热处理等工艺数值模拟。目前,DEFORM软件己经成为国际上流行的金属加工数值模拟的软件之一。主要软件产品有:DEFORM-2D(二维)DEFORM-3D(二维)DEFORM-HT(热处理)DEFORM-PC(微机版)DEFORM-F2(2D简化版本)DEFORM-F3(3D简化版本)DEFORM系列软件简介 DEFORM通过在计算机上模拟整个加工过程,可以帮助工程师和设计人员:1、设计工具并模拟工艺流程,减少昂贵的现 场试验成
2、本;2、提高模具设计效率,降低生产和材料成 本;3、缩短新产品的研究开发周期。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,及有关成形过程中的材料和温度的流动。DEFORM-3D可以应用于金属成形的冷加工、热加工等工 艺。DEFORM-3D的典型应用:拉深、锻造、挤压、压塑、冷 镦、机加工、轧制、开坯、镦锻等。(更多相关应用请见)DEFORM-3D简介说明:1、DEFORM-3D软件不支持中文,因此文件夹及其模型文件中不能出现中文,否则无法读取。2、DEFORM-3D不具备三维造型功能,所以该软
3、件所用模型均在其它三维软件中建立。3、DEFORM-3D软件操作环境的坐标与Pore、UG软件中默认的坐标系相同。所以在创建模型的时候最好把位置关系安排好,这样调进来的模型比较容易调整。4、使用有限元软件时,要养成分析每个问题创建新的文件夹的习惯。因为打开DEFORM-3D软件,其默认安装目录下会自动生成一文件夹,所作模拟都会放置在该文件夹下,不便于管理。金属塑性成形的前处理 DEFORM-3D软件的模块结构是由前处理器、模拟处理器、后处理器三大模块组成。前处理是有限元分析的主要步骤,它所占用的操作时间占到用户操作时间的80%,有很多定义都是在前处理阶段进行的。前处理主要包括(步骤):1、几何
4、模型建立或导入 2、网格划分 3、材料定义 4、物体的接触和摩擦定义 5、模拟参数的设定 6、数据库文件的生成一、几何模型建立或导入 在DEFORM-3D软件中,不能直接建立三维的几何 模型,必须通过其他CAD/CAE软件建模后导入到系统中。目前,DEFORM-3D的几何模型接口格式有:1.STL:几乎所有CAD软件都有这个接口,它是通过一 系列的三角形拟合曲面而成。2.UNV:SDRC公司(现合并到EDS公司)软件IDEAS的三维 实体造型及有限元网格文件格式,DEFORM接受其 划分的网格。3.PDA:MSC公司的软件Patran的三维实体造型及有限 元网格文件格式。4.AMG:这种格式D
5、EFORM存储已经导入的几何实体。.stl格式文件的生成Pore软件建模完成后以.stl格式保存副本,然后 将“偏差控制”中的“弦高”和“角度控制”两个参数设为“0”后便可生成。UG软件建模完成后可以直接以.stl格式形式文件导出。二、网格划分 DEFORM软件是有限元系统(FEM),所以必须对所分析的工件进行网格划分。在DEFORM-3D中,如果用其自身带的网格剖分程序,只能划分四面体单元,这主要是为了考虑网格重划分时的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面体(砖块)网格。网格划分可以控制网格的密度,使网格的数量进一步减少,但不至于在变形剧烈的部位产生严重的网格畸变。三、材料定义 DE
6、FORM自带材料模型包含有弹性、弹塑性、刚塑性、热弹塑性、热刚粘塑性、粉末材料、刚性材料及自定义材料等类型,并提供了丰富的开方式材料数据库,包括美国、日本、德国的各种钢、铝合金、钛合金、高温合金等250种材料的相关数据。在使用时,我们可以直接从材料库提取所需要的材料。用户也可根据自己的需要定制材料库。在DEFORM-3D软件中,用户可以根据分析的需要,输入材料的弹性、塑性、热物理性能数据。如果需要分析热处理工艺,还可以输入材料的每一种相的相关数据以及硬化、扩散等数据。四、物体的空间位置调整 这里有两层含义,一是可以移动、旋转物体,改变他们的最初位置,因为在DEFORM-3D的前处理中不能造型,
7、所以这一项功能特别重要,可以将输入到DEFORM中的毛坯、模具几何模型进行调整。二是为了更快地将模具和坯料接触,将他们干涉,有一个初步的接触量,这样计算上可以节省时间。另外,还可以定义摩擦接触的关系、摩擦系数、摩擦方式等。五、模拟参数的定义 这里定义的参数,主要是为了进行有效的数值模拟。因为成形分析是一个连续的过程,分许多时间步来计算,所以需要用户定义一些基本的参数:1、总步数:决定了模拟的总时间和行程。2、步长:有两种选择,可以用时间或每步的行程。3、主模具:选择主运动模具。4、存储步长:决定每多少步存一次,不要太小,否则文件太大。实例操作一锻压模拟1.双击桌面DEFORM-3D图标,进入D
8、EFORM-3D的主窗口。2.File New Problem或在主窗口点击如图所示按钮。3.在接着弹出的窗口中默认进入普通前处理(Deform 3D-preprocessor)。4.接下来在弹出的窗口中用第四个选 项“Other Place”,选择工作目录 然后点击“Next”。5.在下一个窗口中输入题目的名称(Problem name)BLOCK点击Finish。前处理操作窗口由图形显示窗口、物体参数输入窗口、物体显示及选择窗口以及各种快捷按钮组成。图形显示窗口物体参数输入窗口物体显示窗口物体选择窗口 一、设置模拟控制方式及模拟名称1.点击按钮 进入模拟控制参数设置窗口。2.在Simula
9、tion Title一栏中把标题改为BLOCK。3.设置Units为English,勾选Deformation选项。4.点击OK按钮,返回到前处理操作窗口。在模拟控制窗口中的在模拟控制窗口中的mainmain选项下可以设置:选项下可以设置:1 1、单位制、单位制 1 1)、)、SISI:国际单位制:国际单位制 2 2)、)、EnglishEnglish:英制:英制 注:注:deformdeform软件允许用户调入模型后再设置单位。软件允许用户调入模型后再设置单位。2、设置模拟方式、设置模拟方式主要有主要有1)、拉格朗日增量模拟方式;)、拉格朗日增量模拟方式;2)、稳态机加工模拟方式;)、稳态机
10、加工模拟方式;3)、稳态挤压加工模拟方式;)、稳态挤压加工模拟方式;注:一般模拟问题应该选择增量模拟方式,如果用户模拟注:一般模拟问题应该选择增量模拟方式,如果用户模拟的是车削或拉伸过程,并且使用欧拉求解方法,则选用的是车削或拉伸过程,并且使用欧拉求解方法,则选用稳态模拟方式。稳态模拟方式。注:求解方式的设定在注:求解方式的设定在 菜单下设置。典型的模菜单下设置。典型的模拟一般在默认的情况下便可计算的很好。拟一般在默认的情况下便可计算的很好。3、设置模拟类型、设置模拟类型 1)、deformation:变形模拟2)、heat transfer:传热模拟3)、transfmation:相变模拟4
11、)、diffusion:扩散模拟5)、grain:晶粒度模拟6)、heating:热处理模拟 二、导入毛坯几何文件1.在前处理的物体操作窗口中点击按钮 (Geometry),然后再选择 (Import Geometry),选择在CAD中或其他CAE软件中的造型文件。(本例中选择安装目录下DEFORM3DV6.1Labs的Block_Billet.STL。)2.在DEFORM3D v6.1的版 本中,默认第一个物体是 工件(毛坯),所以物体 属性默认为Rigid-plastic。三、划分网格 对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体(Rigid)材料,需要划分有限元网格:1.点击按钮进入网格划分窗
12、口;2.可以在网格数量输入框中输入单元数或用滑动条来设定。在本例中,默认为8000(在DEFORM3D中只能划分四面体网格,如果你想用六面体网格可以点击按钮Import,输入IDEAS或PATRAN的网格)3.点击下面的按钮Preview可以预览,如果满意,可以点击按钮Generate Mesh来生成网格。注:1)preview只划分元件表面;2)generate mesh即划分表 面单元又划分体单元。(具体网格划分总类见后面)四、导入模具文件1.导入上下模具的几何文件。在前处理控制窗口中点击增加物体按钮 Inter Objects进入物体窗口。可以看到在Objects列表中增加了 一个名为T
13、op Die的物体。2.在当前选择默认Top Die 物体的情况下,直接 选择 然后选 3.本例中选择安装目录下 DEFORM3DV6.1 Labs的 Block_Top Die.STL4.重复步骤1-3,导入下模的几何文件,系统会自动命名该物体为Bottom Die,相应的STL文件 DEFORM3D/v6.1/LabS/Block_BottomDie.STL。最后我们可以在显示窗口中看到上下模以及上面导入的金属体。五、设置上模的运动参数 1.首先在物体列表中选中Top Die在前处理的控制窗口中点击按 钮Movement ,进入物体运动参数设置窗口。2.在运动控制窗口中,设置参数Direc
14、tion 为-Z,Speed为1。六、设置物体温度 由于某些材料属性与温度相关,所以即使在整个模拟过程中温度并不变化,仍需要给物体设置一适当的温度值,否则可能得不到正确的模拟结果。在DEFORM3D v6.1的版本中,默认工件温度为68F。(修改温度的方式为在物体窗口中选中物体Workpiece,点击General按钮,然后点击按钮 在弹出的输入物体温度窗口中,输入所需温度。)七、设置材料 对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体(Rigid)材料,必须按需要设置材料的属性。1.在物体列表窗口中选择Workpiec2.在前处理控制窗口中,点击 中的 按钮导出材料 库。3.在材料选择窗口中,选择S
15、teel 选项中的AISI 1045 Cold4.点击按钮 便可将 材料导入。八、改变物体的空间位置 在DEFORM中,虽然不可以直接进行几何造型,但是可以通过旋转(Rotation)平移(Offset)等方法来改变物体的空间位置。点击按钮 ,便可以进入到Object Positioning窗口中,进行操作。定位方式:九、定义物间关系 1.在前处理控制窗口的右上角点击 按钮,会出现一个提示,选择Yes弹出Inter Object窗口。2.定义物间从属关系:在v6.1中,系统会自动将物体1和后面的物体定 为从属关系(Slave-Master),即软的物体为Slave,硬的物体设为 Master。
16、1.点击按钮 ,进入新的窗口2.选择剪切摩擦方式Shear,输入常摩擦系数constant,如果你对具体的摩擦系数没有概念,可以选择工艺种类,例如,本例中的冷Cold Forming用的是Steel Die,摩擦系数系统会设为0.12,点击Close按钮,关闭窗口。3.回到Inter Object 窗口后选择第二 组。4.重复1-2的操作,将Bottom Die 和Workpiece的 摩擦系数也设 为0.12(也可以 在第2步后,点 击按钮 )切记在上述操作后,被定义的物体组之间并没有接触关系,只是定义了它们之间一旦接触后的摩擦系数,真正定义接触必须点击按钮 ,在这个操作后,互相接触的物体,
17、Mater会自动与Slave发生干涉,互相嵌入。这是为了更快地进入接触状态,节省计算时间,互相嵌入的深度,是由窗口中的Tolerace(接触容差)来定义的.在本例中,不必改动接触容差值,直接点击按钮Generate All生成接触关系。视图观察操作 利用工具栏窗口中的快捷按钮可以方便地进行各种视图观察操作,下面仅举几个例子,用户可以将鼠标放置在每个按钮、上,自动会出现提示。1.动态缩放2.窗口缩放3.移动 4.自由旋转 沿X轴旋转 沿Y轴旋转 沿Z轴旋转5.视角选择 等轴视图 XY平面视图 XZ平面视图 YZ平面视图点和面的选取1.点或面的选取工具 点击工具栏上的按钮 ,在显示窗口可以选择物体
18、的任意一节点或面2.标尺工具 点击工具栏上的按钮 ,点击物体上的任意一个节点,再选择另一个节点。连接这两点的一条线段和该线段的长度值就会显示在在显示窗口中,直到用户点击Refresh 按钮刷新。十、设置模拟参数1.在前处理控制窗口的右上角选择按钮 进入Simulation Control窗口。2.选择左侧第二个选项Step进行模拟步数和步长的设定。3.设置Number of Simulation Steps:20。这个参数的意思是除非模拟意外终止,否则程序将运行至20步即若模拟未被终止,整个过程将分成20步完成。设置Step Increment to Save:2。这里的意思是每模拟2步,会将
19、中间阶段结果写入数据库,这是避免每步都保存,造成数据文件过大。4.设置primary die。设置主模具。5.前面设置了20步,但每一步的含义还没有明确,在下面设置With Constant DieDisplacement为0.13。这个数值是根据变形体最小单元长度的1/3来估算的。一般模拟都用这个比例,比较容易收敛而且又不会浪费时间。这样上模将向下(-Z)运动2.6in(步长乘以总步数)。6.OK关闭该窗口注:1、计算步长方式的选择:1)、由时间决定;2)、由模具行程决定。对于通常的变形问题,采用行程方式较好。2、模拟步长的确定1)、对于几何形状简单,边角无流变或其他严重的变形问题,步长可选
20、择模型中较小单元的1/3为参考标准。2)、对于复杂几何形状诸如飞边或平面模外挤,步长取1/10,步长太大可能引起网络的迅速锐变,而太小会引起 不必要的计算时间。十一、生成数据库文件说明:有限元分析引擎把模拟计算的结果写在数据库文件中,该文件需在前处理环节产生,此时一些模拟信息(如材料属性、运动控制参数等)会被写入该文件,因而在前处理数据都输入好时必须生成数据库文件。1.在前处理控制窗口点击Database按钮 ;2.在弹出的Database Generation窗口中点击 按钮,看是否在上述过程中是否有遗漏或错误之处,检查没有错误时再点击按钮 生成数据库文件。注:如果其间没有发生错误,系统会弹
21、出Database Generated消息窗口,点击OK按钮关闭此窗口。在Database Generation窗口的DataChecking一栏中绿色表示正常,红色表示严重错误必须纠正,黄色代表可能导致错误的警告信息。3.点击Database Generation中的OK按钮返回到前处理控制窗口。1.进行完上述的前处理后,点击按钮 ,保存已有 数据到一个Keyword文件中。2.单击DEFORM-3D系统窗口中的FileeQuit按钮 ,当被问及是否真的想退出时,请选择Yes。开始模拟 在DEFORM 3D的主窗口中,点击按钮 选择刚才生成的数据库文件,然后再选择Simulatar中的Run
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- DEFORM 基本 操作 指南
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