材料成型过程数值模拟-南京农业大学

1、材料成型过程数值模拟上机指导书姓名班级学号南京农业大学工学院机电工程教研室2013年1月上机实践一： Moldflow 基础及网格划分一、目的1. 熟练Moldflow 软件的界面。2. 掌握三维绘图软件生成实体模型导入 Moldflow 方法。3. 掌握 Moldflow 模流分析的基本步骤及详细的操作方法。4. 熟练掌握 Moldflow 中网格的类型、各种网格类型的应用条件、 网格的划分、 网格结果检查、修改等。5. 熟练掌握 Moldflow 进行最佳浇口分析及填充分析。6. 熟练掌握 Moldflow 最佳浇口和流动分析结果导出。二、内容1. 采用pro/E 三维绘图软件建立三维模型

2、，并以 STL格式导出。2. 对模型划分网格、检查网格、修改网格等。3. 利用Moldflow 对该模型进行最佳浇口、填充和流动分析。4. 导出 Moldflow 模流分析的结果。三、上机实践1. 采用三维软件建立实体模型，并以 STL格式导出。2. 模型导入2.1 打开软件双击桌面上 打开 Moldflow 软件，会出现如图 1 所示界面图 1 Moldflow 初始界面 图 2 输入对话框2.2 导入产品模型（ 1）执行【文件】【导入】命令（如图 2 所示），会弹出如图所示的对话 框。（2）在对话框中找到 *.stl 文件所在的路径，选择该文件，然后单击【打开】 按钮打开文件，会弹出模型“

3、输入”选项设置对话框（图3），选择网格类型和单位尺寸，单击【确定】 完成导入模型。图3 “输入”选项设置对话框3. 网格划分执行【网格】【生成网格】命令（图 4）后，工程管理视窗中的“工具”页面显示“生成网格”定义信息（图 5）， 钮，系统将自动对模型进行网格划分和匹配 下方的“网格日志”中查看。设定参数并单击【立即划分网格】按网格划分信息可以在模型显示区域图4图54. 网格检验与修补4.1 执行【网格】【网格诊断】命令（图 4），系统自动弹出【网格诊断】 对话框，如图 5 所示，上面显示了网格的信息。 网格统计提供了网格不同特性快 速评价，针对具体的分析内容对网格进行修补。图5 网格统计4.

4、2 执行【网格】【网格修补向导】命令（图 4），系统自动弹出【网格修 补向导】对话框，如图 6 所示，根据向导可以完成一定网格修补。不能修补的网 格则要通过手动的方法完成。图 6-1图 6-2图 6-3 图 6-4图 6-5图 6-6图 6-7 图 6-8图 6-9 图6 网格修补向导5. 选择分析类型执行【分析】【设定分析顺序】命令（图 7 所示），系统自动弹出【选择 分析顺序】对话框，如图 8所示。选择“浇口位置” ，单击【确定】按钮。完成 分析类型选择。图 7 图86. 定义成型材料 执行【分析】【选择材料】命令，系统自动弹出【选择材料】对话框，如 图 9 所示。选择制品的材料，单击【确

5、定】按钮。图9图 107. 浇口位置分析 双击方案任务视图（图 10）中的“立即分析”。系统弹出信息提示对话框， 单击【确定】按钮开始分析。 （注：浇口优化分析时不需要事先设定浇口位置。 成型工艺条件采用默认） 分析完成后，在分析日志窗口中的 Gate 可以看到最佳 浇口位置信息；也可以选中方案任务中的【最佳浇口位置】复选框，显示最佳浇 口信息。8. 复制模型 在完成最佳浇口位置分析基础上，进行产品翘曲和流动分析。对上述模型 进行复制。9. 选择分析类型 执行【分析】【设定分析序列】命令，系统自动弹出【选择分析顺序】 对话框，如图 8 所示。选择“流动 +翘曲”，单击【确定】按钮。完成分析类型

6、选 择。10. 设定注射位置 双击方案任务视窗中的“设定注射位置”图标，根据浇口优化结果，选择 最佳浇口位置节点，完成浇口位置设定。11. 工艺参数设定 双击方案任务视窗中的“工艺设置”图标，系统弹出【工艺设置向导】对 话框，如图 11 所示，完成第 1 页设置后，单击下一步进入【工艺设置向导】对 话框的第 2 页，选中【分离翘曲原因】复选框，单击【完成】按钮，结束工艺过 程参数的设置。图 11-1图 11-2图 11 工艺设置向导对话框12. 分析计算 双击方案任务视图中的“立即分析” 。系统弹出信息提示对话框，单击【确 定】按钮开始分析。13. 结果查看在方案任务视图中，选择要查看的结果进

7、行显示。四、出现的问题及解决方法记录上机实践二：浇道系统、冷却系统设计、目的1. 熟练掌握 Moldflow 软件浇道系统设计和冷却系统设计的过程。2. 熟练掌握利用浇道系统向导建立浇道系统以及手动建立浇道系统的方法。3. 熟练掌握利用冷却系统向导建立冷却系统以及手动建立冷却系统的方法。4. 熟练掌握 Moldflow 模流分析结果的导出。二、内容1. 采用 pro/E 三维绘图软件建立三维模型，并以 STL格式导出。2. 建立浇道系统。3. 建立冷却系统。4. 导出 Moldflow 模流分析的结果。三、上机实践1. 采用三维软件建立实体模型，并以 STL格式导出。2. 模型导入双击桌面上

8、打开 Moldflow 软件， 执行【文件】【导入】，找到*.stl 文件 并选择该文件，然后单击【打开】按钮打开文件，在“输入”选项设置对话框中 选择相应的网格类型和单位尺寸，单击【确定】 完成导入模型。3. 网格划分执行【网格】【生成网格】 ，设定参数并单击【立即划分网格】按钮，完 成网格划分。4. 网格检验与修补执行【网格】 【网格诊断】，弹出“网格诊断” 对话框，显示网格的信息。 检查网格是否需要修补，如果要修补，则执行【网格】【网格修补向导】自动 修补，或通过手动的方法完成。5. 选择分析类型执行【分析】【设定分析顺序】 ，选择分析类型，单击【确定】按钮。6. 定义材料 执行【分析】

9、【选择材料】 ， 在“选择材料”对话框中选择制品的材料， 单击【确定】按钮。7. 设定注射位置执行【分析】【设置浇口位置】 ，在网络模型上欲设浇口的节点位置处单 击鼠标设置出浇口位置。8. 浇注系统 执行【建模】【流道系统向导】命令，会弹出“流道系统向导”对话框， 如图 1所示。在对话框中的 X、Y值确定入料点位置（默认位置模具中心） ，如果使 用热流道系统，可以勾选“使用热流道系统”选项。单击“下一步”完成对话框 里的选项和参数设置。单击“完成” ，系统会自动创建出浇注系统。图1-1图1-2图 1-3图 1 流道系统向导图 2-1图2-29. 浇注系统 执行【建模】【冷却回路向导】命令，会弹

10、出“冷却回路向导”对话框， 如图2所示。指定水路的直径、水路距产品模型上表面和下表面间的距离、水路 的方向、水路数目、两水路的中心距离、超出产品的距离等。如果有水路存在， 勾选“首先删除现有水路” 。如果水路采用软管连接， 勾选“使用软管连接官路”图 2 冷却回路向导10. 工艺参数设定 双击方案任务视窗中的“工艺设置”图标，系统弹出【工艺设置向导】对 话框，如图 3所示，完成第 1 页设置后，单击下一步进入【工艺设置向导】对话 框的第 2 页，完成对话框里的选项和参数设置，单击【完成】按钮，结束工艺过程参数的设置。图 3-1 图 3-2图3 工艺设置向导对话框11. 分析计算 双击方案任务视

11、图中的“立即分析” 。系统弹出信息提示对话框，单击【确 定】按钮开始分析。12. 结果查看 在方案任务视图中，选择要查看的结果进行显示。13. 结果输出 执行【报告】【报告生成向导】命令，系统弹出“报告生成向导”对话 框，如图 4所示，选择方案，要导出的数据类型以及报告的形式。图4-2图4-1图4-3图4 报告生成向导在实际模拟过程中， 很多情况需要手动的方法创建浇注系统， 下面将演示浇注系统手动创建方法和操作步骤。 手动创建流道的方法有两种： 一种是使用直线 创建，另一种是使用柱单元创建命令。 本此上机实践浇注系统采用直线创建方法。8. 浇注系统执行【建模】 【移动 / 复制】【平移】命令，

12、系统弹出如图 5所示对话框， 在输入参数下面，“选择”输入欲设浇口的节点， 在“矢量”内输入节点要移动 的距离，勾选“复制” ，根据实际情况选择复制的“数量” 。图5图6执行【建模】【创建曲线】【直线】命令，系统弹出如图 6所示对话框， 在输入参数下面，“坐标”内输入刚创建的两个节点， 在选择选项下面，“创建为” 内冷浇口，设计冷浇口的属性，如图 7所示，图7 冷浇口属性执行【建模】【创建节点】【按偏移】命令，系统弹出如图8所示对话框，在输入参数下面，“基准” 输入节点， 在“偏移” 内输入节点要偏动的距离， 在“节点数”内输入要偏动节点数量。执行【建模】【创建曲线】【直线】命令，系统弹出如图

13、 6所示对话框， 在输入参数下面，“坐标”内输入创建的两个节点，在选择选项下面， “创建为” 内冷流道，设计冷流道的属性。执行【建模】【创建节点】【按偏移】命令，系统弹出如图8所示对话框，在输入参数下面，“基准” 输入节点， 在“偏移” 内输入节点要偏动的距离，在“节点数”内输入要偏动节点数量执行【建模】【创建曲线】【直线】命令，系统弹出如图 6所示对话框， 在输入参数下面，“坐标”内输入创建的两个节点，在选择选项下面， “创建为” 内冷主流道，设计冷主流道的属性。完成上述操作后出现如图 9所示的流道系统。执行【网格】【网格生成】 命令，得到如图 10所示的流道系统。图8图9图10四、出现的问

14、题及解决方法记录上机实践三：单动拉伸模拟、目的1. 熟练 DYNAFOR软M件能进行板材哪些成型类型模拟。2. 熟练掌握利用自动设置进行单动拉伸成型操作方法。3. 熟练掌握利用手动设置进行单动拉伸成型操作方法。4. 熟练掌握单动拉伸成型过程仿真结果的后处理操作方法内容1. 采用 pro/E 三维绘图软件建立三维模型，并导出。2. 利用 DYNAFOR软M件中提供的自动设置进行单动拉伸成型仿真。3. 利用手动设置进行单动拉伸成型仿真。4. 对单动拉伸成型进行后处理并将结果导出。三、上机实践启动 eta/DYNAFORM一）选择菜单 File-Open 打开文件对话框图 1 打开文件对话框图 2

15、打开的模型打开文件路径，选择数据库文件幕上显示了如图 2 所示的模型。single_action.df，单击打开按钮。这时在屏二 ） 设定单位选择菜单【 Tools】【 Analysis Setup】。选择缺省的单位作为单位系统。缺 省的单位系统是 MM （毫米）， TON（吨）， SEC（秒）和N（牛顿） 三）自动设置在进入自动设置界面之前，只需要对工具进行网格划分。用户可以单击Setup】【 AutoSetup】进入自动设置。如图 3 所示图 3 AutoSetup 菜单单击 AutoSetup 菜单后，系统会弹出自动设置对话框，提示用户定义基本的设置 参数。如图 4 所示。 1. 选择模

16、拟类型： Sheet forming； 2. 输入板料的厚度： 1.0(mm)；3. 选择工艺类型： Single action；4. 以凹模作为接触偏置的参考面， 选择Die，如图5a 所示； 5. 单击【 OK 】确认并进入到自动设置的主对话框中。图 4 新建模拟对话框 如图 5a 以凹模作为接触偏置 的参考面1) 基本参数设置进入【 General】页面后，用户只需要将标题“ Title”改成便于识别的名称即 可，如 single_action。其他参数可以不作修改，采用软件推荐使用的缺省值。如 图6所示。图 6 General 页面1.1 板料定义1. 将页面切换到【 Blank】页面

17、。单击自动设置页面上面红色的 Blank 标签， 系统会进入到板料定义页面。2. 在 Blank 页面单击 “Geometry”组中的 Define geometry 按钮。如图 7 所 示图7 板坯部件3. 系统弹出“ Define geometry”对话框，如图 8 所示。4. 单击【 Add Part 】按钮，在弹出的对话框中选择 BLANK 零件层，如图 9 所示。图8 定义板坯5. 选择零件层后单击【 OK】 中我们可以看到零件层 BLANK图9 选择零件层按钮返回“ Define geometry”对话框。在对话框 已经添加在板料的零件列表中，如图 10 所示。图 10 定义板坯零

18、件列表图 11 板料材料及其属性定义6. 单击【 EXIT 】按钮退出 Define geometry 对话框，系统返回 Blank 页面。这时 关于板料的基本参数都已经定义好，板料页面的标签由红色变为黑色，如图 11 所示。定义板料后， 系统自动为板料选择一种缺省的材料及相应的属性， 如图 11 所示。我们可以单击【 BLANKMAT 】 按钮对材料进行重新定义。单击 【BLANKMAT 】 按钮弹出如图 12 所示的材料对话框。单击 “MaterialLibrary ” 按钮，这时系统弹出如图 13 所示的材料库，选择美国材料数据库，我们可以根 据需要选择与零件匹配的材料模型及材料。选择完

19、成后，单击【 OK 】返回 AutoSetup 主界面。图 12 板料材料定义图 13 材料库对话框1.2 工具定义1. 将页面切换到 Tools页面。单击自动设置页面上面红色的【 Tools】标签， 系统会进入到工具定义页面。2. 为了方便工具单元的选择和定义，我们最好将板料零件层关闭。单击工具 栏中按钮，然后单击零件层的 BLANK ，将板料零件层关闭。3. 单击【 OK 】按钮退出零件层开 / 关对话框。在工具页面的左边，系统默认 定义了三个工具， die、 punch 和binder。用户可以分别为三个工具定义零件。4. 将当前工具切换到 die。在左边的工具列表中选择 die，然后在

20、界面上选择 几何定义下面的红色 “Define geometry”按钮，对工具 die 进行定义。如图 14 所 示。图 14 die 工具定义5. 系统弹出 Define geometry对话框。在 Define geometry对话框中单击 【 AddPart 】 按钮，如图 15 所示。6. 在弹出的 Select Part 对话框中选择 DIE，如图 16 所示。7. 单击【 OK 】按钮返回 Define geometry 对话框， DIE 零件层已经加入到 die 的零件列表中，如图 17 所示。8. 单击【 EXIT 】按钮返回Tools 页面。这时有关die 的工具几何已经定义

21、完 成， die 的标签由红色变为黑色，如图 18 所示。9. 在左边的工具列表中单击 punch，将当前工具切换到 punch，下面进行工具 punch 的几何定义。10. 仅显示 DIE 零件层，并设置为当前零件层。单击 punch 页面中红色的 Define geometry 按钮。系统弹出 Define geometry 对话框，如图 19所示。图 15 定义工具几何图 16 选择零件层图 17 定义几何零件列表图 18 die 工具定义11. 单击Define geometry 对话框中的【 Copy Elem 】按钮。系统弹出如图 20 所示的对话框。12. 在 Copy Elem

22、ent 对话框中单击 【Select 】按钮，选择需要复制的单元。图 19 定义几何对话框图 20 复制单元对话框图 21 选择单元13. 在Selecte Elements 对话框中选择 DISPLAYED 按钮选择所有的单元，接 着选中 Exclude 选项，使用 Spread 工具选择压料面， 这时程序提示有 15089 个单 元已经被选中，如图 21 和图 22 所示。系统会将这些单元 copy 到一个默认的零 件层中，并自动将这个层加入到 punch 的几何列表中。14. 单击【 OK 】按钮退出 Selecte Elements 对话框。图 22 加亮显示选中的单元 图 23 复制

23、单元对话框15. 单击【Apply 】按钮，这时所选择的单元将复制到一个新的零件层中，如 图23 和图 24 所示。图 24 复制到新层的单元图 25 定义几何零件列表16. 单击 Copy Element对话框中的【 Exit 】按钮退出。这时在工具几何列表中 一个自动生成的名为 OFFSET00 的零件层被添加进来，如图 25所示。17. 单击【 Exit 】退出工具几何定义对话框并返回 Tools 页面。这时 punch 工 具标签由原来的红色变为黑色，表示 punch 工具已经定义完成，如图 26所示。图 26 punch 工具定义 图 27 选择单元18. 仅显示 DIE 零件层，并

24、设置为当前零件层。在 Tools 页面左边将当前工 具切换到 binder。然后单击工具几何下面的红色 Define geometry 按钮。19. 同样单击【 Copy Elem 】按钮，在Copy Elements 对话框中选择【 Select 】 按钮来选择需要复制到 binder 中的单元。如图 20所示。20. 将单元选择方式切换到 Spread工具方式。 然后选择工具的法兰面。 系统提 示有 2716 个单元已经被选中，如图 27 所示。21. 单击【OK】按钮退出单元选择对话框。 在单元复制对话框中单击 【Apply 】 按钮进行单元复制。所有选中的单元将自动复制到一个新的零件层

25、，如图 28 所 示。系统并且将这个零件层加入到 binder几何列表中，单击【 Exit 】 退出单元复 制对话框。22. 单击【Exit 】返回 Tools 页面。所有的工具名称标签已经由红色变成黑色 表示整个工具都已经定义完成，如图 29 所示。图 28 加亮显示选中的单元图 29 binder 工具定义1.3 工具定位在所有的工具都定义完成之后， 用户需要定位各个工具在的相对位置。 这一 步是工具定义完成后必须进行的步骤， 否则用户就可能得不到正确的结果。 此外， 工具的定位跟每一个工具的工作方向都有很大的关系， 因此我们在定位之前需要 仔细检查每一个工具的工作方向。 默认情况下， 如

26、果用户使用程序设置的工序模 板，那么默认的工作方向就不需要修改。 对于特殊的方向， 用户需要自己来调整。1单击【 Tools】页面右下角的【 Positioning 】按钮进入工具定位对话框， 或者在菜单栏单击【 Tools】-Positioning 。2这时由于还没有对工具进行定位操作， 所以所有的工具在原始位置。 工具 后面的输入框中显示都是 0，如图30a 所示。3选择Blank选项中 on后面的 punch作为自动定位的参考工具。 也就是说在自 动定位操作中，此工具是固定不动的， 然后激活 Tools中，die和binder后的复选框， 所有的工具和板料进行自动定位。4这时所有的工具和

27、板料都会自动定位到一个合适的位置。 并且在自动定位对话框中，每一个工具和板料后面显示自动定位后该工具或板料相对于原始位置沿工作方向移动了多少距离，如图 30b 所示图 30a 工具定位前5在屏幕右下角的显示选项图 30b 工具自动定位后Display Options）中，关闭线（ Lines）和曲面（ Surfaces）的显示。如图 31所示。图 31 显示选项6单击工具栏中的按钮。屏幕上会显示工具和板料定位后的相对位置。如图32所示。图 32 定位后的工具和板料的相对位置7用户单击工具定位对话框中的 【OK 】按钮保存当前对工具的定位设置并 返回 AutoSetup 主界面。1.4 工序定义

28、工序定义的目的是方便用户设置当前模拟需要的工序个数、 每一个工序所需 的时间以及工具在每一个工序中的状态等等。 用户可以单击设置主界面上 Process 标签进入工序设置界面。 用户只需要在新建一个设置时选择了程序内置的设置模 板之后， 程序会自动添加一些必要的工序。 对应典型的程序， 这些工序基本上不 需要做修改或者修改很少就可以计算。 这样大大减少了用户设置的时间。 由于在33一致。前面选择的模板是单动( Single Action)成形，因此成形默认产生了两个工序， 一个压边工序， 另外一个是拉延工序。 这两个工序都已经定义好， 用户不需要做 任何修改就可以进入下一步。只需要检查自己设置

29、的结果是否与图1在界面的左边工序列表中选择 closing工序作为当前工序，检查默认的 closing设置是否与图 33a一致。默认情况下应该是一致的。2在界面的左边工序列表中选择 drawing 工序作为当前工序，检查默认的 drawing 设置是否与图 33b 一致。默认情况下应该是一致的。图 33a 合模工序定义图 33b 拉延工序定义1.5 动画显示 现在所有的设置都已经完成， 用户可以进行提交计算。 但是在提交计算之前， 用户最好对设置的模型进行动画显示，以便检查各个工具所定义的运动情况。1选择菜单栏的【 Preview】【Animation】。如图 34 所示。 2这时工具将以动画

30、的形式显示其运动状态。3用户可以选中 Individual Frames，然后单击中的按所示。图 34 显示动画菜单图 35 动画控制对话框钮来显示一步一步的状态。如图 35图 36 工具运动到第 3 帧的模型4在屏幕上， 系统会显示所有工具当前相对其初始状态的位置， 如图36 所 示。5单击【 Exit 】按钮返回 AutoSetup 主界面。图 37 任务菜单1.6 任务提交 在验证了工具运动的正确性后，我们可以对当前设置进行任务提交计算。1. 单击菜单栏的【 Job】【Options 】 。如图 37 所示。2. 系统弹出任务提交对话框， 如图 38 所示。单击【Ok】按钮完成选项设定图

31、38 任务选项对话框 图 39 任务菜单3. 单击菜单栏的【 Job】【Job Submitter 】，如图39 所示。弹出图 40 所 示的另存为对话框，输入文件名并保存 , 默认情况下，文件位于工作目录下。图 40 另存为对话框图 41 任务提交管理器4. 这时系统将当前的任务已经提交给 Job submitter 进行统一管理了，如果 在 Job submitter 任务列表中，已经有其它的任务在计算， 那么当前任务需要等待 如果没有其它任务，那么系统就会弹出 LS-DYNA 的计算窗口，如图 42 所示。图 42 求解器计算窗口四）应用 eta/POST 进行后处理eta/POST 能

32、够读取和处理 d3plot 文件中所有可用的数据。除了包含没有变 形的模型数据，d3plot 文件还包含有所有的由 LS-DYNA 生成的结果文件 （应力， 应变，时间历史曲线，变形过程等）。详细的使用方法请参考 eta/POST 在线帮 助。1）读入结果文件 d3plot 到 eta/Post单击eta/DYNAFORM主菜单上的【PostProcess】菜单启动 eta/POST。eta/POST 缺省的安装路径是 C:Program FilesDynaform5.6。在这个目录下，双击执行文件 EtaPostProcessor.exe也 可以启动， 或者从操作系统的开始菜单的 DYNAF

33、ORM5.6 程序组启动。如图 43所示。后处理界面如图 44所示。图 43 后处理菜单图 44 后处理界面图 45 打开对话框【Open】，打开如图 45 所示的对话1. 在 eta/Post 中，选择菜单【 File】 框。2. 从文件列表中选择 LS-DYNA 的结果文件，包含 d3plot、 d3drlf 和 dynain 格式的文件。其中 d3plot 是成形模拟的结果文件，包括拉延、压边、翻边等工序 和回弹过程的模拟结果， d3drlf 模拟重力作用的结果文件， dynain 文件是板料 变形结果文件，用于多工序中。图 .46 后处理工具栏图 48 显示选项3. 浏览到保存结果文件

34、的目录，选择正确的文件格式，然后选择 d3plot 文 件，单击【 Open】按钮读入 d3plot 文件。用户可以进行计算结果的后处理操作， 操作工具栏如图 .46 所示。2）绘制变形过程1. 缺省的绘制状态是绘制变形过程（ Deformation）。在帧（ Frame）下拉菜单中，选择 All Frames，然后单击【 Play】按钮进行动画显示变形过程。如图 47 所示。图 47 变形对话框图49 打开/ 关闭零件层对话框2. 打开屏幕右下角的光照显示选项（ Shade）显示模型的光照效果。此时用 户可以打开 Smooth Shade来显示光顺的光照效果。如图 48 所示。3. 为了方便观察坯料变形，用户可以关闭所有的工具，只打开坯料零件层。 从工具栏中选择按钮。4. 在零件层操作对话框中，关闭所有的工具层，只保留坯料零件层，所有关闭的零件层的颜色变为白色。如图 49 单击【 Exit】退出操作。5. 用户也可以用视图操作改变视图， 视图操作与前处理相同。如图50 所示图 50 视图操作工具3）绘制厚