deform圆主体压缩模拟实验

1、铜陵学院课程实验报告实验名称圆柱体压缩过程模拟实验课程材料成型计算机模拟TOC o 1-5 h z指导教师.专业班级.姓名.学号.2011年05月02日实验一圆柱体压缩过程模拟实验目的与内容1.1实验目的进一步熟悉AUTOCAD或PRO/E实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM软件的前处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM软件分析压缩变形的变形力学问题。1.2实验内容运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。工件砧板图1圆柱体压缩过程模拟锤头（一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200X200X20mm，材质DIN-D5-1U,COLD，温度室温。工件：材质DIN_CuZn4

2、0Pb2，尺寸如表1所示，温度室温。表1实验参数序号圆柱体直径，mm圆柱体高度，mm摩擦系数，滑动摩擦锤头运动速度，mm/s压缩程度，%110015001202100150120310025001204100250120二）实验要求（1）运用AUTOCAD或PRO/e绘制各模具部件及棒料的三维造型，以st格式输出；（2）设计模拟控制参数；（3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）；（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；（5）比较方案1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因；（

3、6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。实验过程根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。2.2压缩过程模拟2.2.1前处理建立新问题：程序TTFileTNewProblemNextT在ProblemName栏中填写“Forging”TFinishT进入前前处理界面；单位制度选择：点击SimulationControl按钮TMain按钮T在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”、“top

4、die”、“bottomdie”。定义对象的材料模型：在对象树上选择workpieceT点击General按钮T选中Plastic选项（塑性）T点击AssignTemperature按钮T填入20t点击OK按钮；在对象树上选择topdieT点击General按钮T选中Rigid选项（刚性）T点击OK按钮T勾选PrimaryDie选项T如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选PrimaryDie选项）。实体网格化：在对象树上选择workpieceT点击Mesh（采用绝对划分）T点击DetailSettingsT选择AbsoluteT将MinElementSize中数据改为3t点击Surface

5、MeshTSolidMesh，工件网格生成；工件体积补偿：在对象树上选择workpieceT点击PropertyT在TargetVolume卡上选中Active选项T点击CalculateVolume按钮T点击Volume右边的灰色图标T点击Yes按钮。设置对象材料属性：在对象树上选择workpieceT点击Material右边；LoadmaterialfromlibraryT点击otherT选择DIN-CuZn40Pb2T点击了Load完成材料属性的添加；同理应用于topdie，bottomdie材料的添加。设置主动工具运行速度：在对象树上选择topdieT点击MovementT在speed

6、/force选项卡的type栏上选中Speed选项T在Direction选中主动工具运行，选择-Zt在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constantvalue，填入速度值，1mm/s；步数和步长的设定：在工具栏上点击SimulationControl按钮T点击Step，在NumberofSimulationSteps右格中填入30TStepIncrementtoSave格中输入3t点击WithdieDisplacement，输入1mm。（后面三个实验根据实际设定步数及步长）边界条件定义：在工具栏上点击Inter-Object按钮T在对话框上选择workpiece一topdieT

7、点击Edit按钮T点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项，填入摩擦系数0（般默认是0）T点击Close按钮T点击ApplytootherRelations,点击Generateall按钮T点击OK按钮完成边界条件设置；2.2.2生成库文件在工具栏上点击Databasegeneration按钮T在Type栏选中New选项T选择路径（英文）T填入数据库文件名（英文），如forgingT点击Check按钮T没有错误信息则点击Generate按钮T完成模拟数据库的生成。2.2.3退出前处理程序在工具栏上点击Quit按钮，退出前处理程序界面。2.2.4模拟运

8、算T单击Run按钮，进入运算对话框。2.3后处理T在PostProcessor栏中单击DEFORM-3DPost按钮，进入后处理界面。1）观察变形过程：点击播放按钮查看成型过程；2）观察温度变化：在状态变量的下拉菜单中选择Temperature，点击播放按钮查看成型过程中温度变化情况；3）观察最大应力分布：在状态变量的下拉菜单中选择MaxStress，点击播放按钮查看成型过程中最大应力分布及其变化情况；4）观察最大应变分布：在状态变量的下拉菜单中选择MaxStrain，点击播放按钮查看成型过程中最大应变分布及其变化情况；5）观察破坏系数分布：在状态变量的下拉菜单中选择Damage，点击播放按钮

9、查看成型过程中可能产生破坏的情况；6）成型过程载荷：点击LoadStroke按钮，生成变形工具加载曲线图，保存图形文件为load.png；7）点跟踪分析：点击PointTracking按钮，根据上图点的位置，在工件上依次点击生成跟踪点，点击Save按钮，生成跟踪信息，观察跟踪点的最大应力、最大应变、温度、破坏系数，保存相应的曲线图。实验结果与分析1.（1）高度150mm摩擦系数0压缩变形过程（3）高度250mm摩擦系数0压缩变形过程对比图（1）和图（2）的可以看出方案一没有出现鼓形轮廓，说明其在压缩过程中都是均匀自由变形；而方案二在压缩过程中圆柱体周围的鼓形轮廓明显，说明存在不均匀变形。由此可

10、推断，方案一的实验材料和砧板之间没有摩擦，符合实验的条件，另外符合现实中做的实验，而由图（2）可知圆柱体在压缩时除受砧板的压力以外，工件和砧板接触的端面还存在接触摩擦，由于工件两端面受到摩擦力的作用，端面附近的金属变形受到限制，继续压缩使圆柱体在镦粗时产生鼓形。在摩擦系数相等的条件下，即图（2）和图（4）对比来看，方案二出现的单鼓形较为明显。对比方案一和方案三，即图（1）和图（3）可以看出方案一和方案三中工件和砧板之间不存在接触摩擦，和实验预期是相同的。对比图（3）和图（4）的图形可知，方案三中的圆柱形工件没有出现鼓状变形说明其在变形过程中工件和砧板接触的两端面不受接触摩擦，方案四鼓状变形较图

11、（2）不太明显，说明了当压缩程度相同时，H/d2的圆柱体的鼓状变形小于H/dv2的圆柱。OKI歙邮34-0GIjiks-Maiptiri口|MPaD.E7I最大应力比较：（1）对比图（5）和（7）及图（6）和（8）可以看出，当砧板与工件的两端面之间的摩擦系数相同时，工件的应力分布是相似的；当砧板和工件两端面之间存在摩擦时，即方案二和方案四，工件分为三个具有不同变形程度和应力状态的区域，端面附近区域由于受到接触摩擦力影响，在端面附近产生塑性变形很难；而处于与轴线成大致为45交角的最为有利的变形区域，在此区域内产生变形较为容易；靠近圆柱工件表面大致处于圆柱体四周是自由变形区，最容易产生变形。（2）

12、L由上图中图（5）和图（7）的对比可以看出，圆柱体表面及内部最大应力分布大不相同，最大应力主要分布在圆柱体的表面以及接触面的边缘处，内部应力分布比较均匀，主要为压应力，分布比较均匀。方案二中最大应力主要位于圆柱体的表面以及靠近表面处，此区由于环向（切向）出现附加拉应力使其应力发生变化，环向拉应力越靠近外层越大，而径向压应力越靠近外层越小。最大压应力位于圆柱体工件上下端面的圆心处，沿径向逐渐减小；由于圆柱体端部的接触面附近，受接触摩擦的影响较大，出于强烈的三项压应力状态，不过很难产生变形。c2比较图（7）和图（8）,图（7）中最大拉应力主要分布在圆柱体的表面，即最大压应力一小点区域分布在圆柱体表

13、面，应力分布比较均匀。方案四中最大应力主要位于圆柱体的表面以及靠近表面处，此区由于环向（切向）出现附加拉应力使其应力发生变化，环向拉应力越靠近外层越大，而径向压应力越靠近外层越小。最大压应力位于圆柱体工件上下端面的圆心处，沿径向逐渐减小；由于圆柱体端部的接触面附近，受接触摩擦的影响较大。3.最大应变分布SramT&ilpnni匚曲(nrn*rrm2114amSrainTdalhie:口nnei匚中I(nTTVrrm?156DTO2口QHI2时0.155Max（9）摩擦系数为0高度150mm的工件压缩后最大应变分布（11）摩系数为0高度250mm的工件压缩后最大应变分布SramToUIpnnci

14、Hl(皿打耐116SrainTdlpnni匚#(nTTkrrm)a15?aizr口DEED呦?Q.15THw.观察上图中的最大应变分布：（1）先比较图（9）和图（10）,从应变图上可以看出方案一中当工件两端面和砧板之间没有摩擦时，颜色分布比较均匀，也即应变分布比较均匀，属于自由变形。而图（10）的颜色分布差距较大，说明工件和砧板之间存在接触摩擦，圆柱体的两端面的中心应变最大，沿径向向外越来越小。（2）比较图（9）1和图（11）也就是方案一和方案三，当圆柱体工件接触摩擦系数均为0其表面应变分布和内部应变分布都比较均匀。（3）比较图（11）和图（12）,即方案三和方案四，从图（11）上面可以看出当

15、工件两端面和砧板之间没有摩擦时，颜色分布比较均匀，也即应变分布比较均匀，属于自由变形。而图（12）的颜色分布差距较大，说明应变分布不均匀，工件属于不均匀变形。（4）比较图（10）和图（12）即方案二和方案四可以看出，当砧板与圆柱体接触摩擦系数为0.2时，应变分布不均匀，各部分最大应变存在的明显的差异圆柱体的两端面的中心颜色最深，沿径向向外颜色越来越浅，也就是说端面中心的应变是最大的。综上可知，圆柱体和砧板之间的接触摩擦对圆柱体压缩过程中的应变分布有着较大的影响。Tc-mpraiuiQ|C)Tc-mpraiuiQ|C)Slep3020Cibare20Cibare（13）温度分布（高度为150mm

16、、摩擦系数为0）（14）温度分布（高度150mm、摩擦系数为0.2）温度分布分析：从图中可以看出，图（13）、（14）、（15）、（16）代表的四种方案压缩变形后温度基本上无明显变化，理论上来说金属在压缩变形过程中由于分子间的摩擦会产生一定的热量，这些热量会改变工件的温度分布，不过在这里的图中没有体现出来，可能是在做实验的过程中没有对传热相关的参数进行设置，从而模拟的结果和预想的结果存在差异。Slep50Tc-mparatiiilC2DU3DUIDOZl.D忖加M(iHe:(15)温度分布(高度250mm摩擦系(16)温度分布(高度250mm,摩擦数为0)系数为0.2)Slep30&te|p3

17、0DDOODUDiUDDOODDUDQDTD.dnQ.MDWar*DI0UDCCO血2OC|Nnc(17)高度150mm摩擦系数为0Slep?iOLpmagpODOQD3CDDCQ.CUDWilQ.OQiWareaocaDCUQDOQ.cunWiiO.iJOD檢(19)高度250mm摩擦系数为0压缩变形后破坏系数的分析比较：由上面图（17）、（18）、（19）、（20）可以看出，四种方案的破坏系数均为0。说明在此镦粗过程中，坯料内部的晶格畸变不是很严重，坯料不容易被破坏。方案一和方案三中圆柱体两端面无接摩擦，即均匀变形时，其对圆柱体坯料的破坏很小；方案二和方案四坯料有摩擦时，即不均匀变形时，圆

18、柱体侧面周向承受附加拉应力，但是由于变形程度仅为20%，所以对圆柱体的破坏很小。时间/s、*J?万案一、*J?.万案一、，J,*万案二方案四0000012162844345678103049910391010111213141510768016172013891811046619201123841141392111514322232425227732119294262728238959292428863031323334353637130914381344533940414243444546474814546049501511693.OCE-O5载佝曲线2.兀EP32.XEP51.5CE51.

19、OCE-S5.OCE-31OCEJO-*方亲一-方束二万案二万案匹:5921252533+14545图（21）载荷曲线比较从载荷曲线图中可以看出：在开始阶段载荷随着时间增大而迅速变大，经过一FfrrtFfrrt小段时间后，载荷随时间变化开始趋于平稳。前段时间内的变形主要为弹性变形，变形较小，载荷增长较塑性变形快。后段时间是塑性变形阶段，载荷随时间增长较慢。比较方案一和方案二对应的曲线可以看出：接触表面有摩擦力的方案二，后半部分的载荷曲线高于接触表面无摩擦的方案一。这是由于不均匀变形产生的附加应力，使金属的塑性降低，变形抗力升高。比较方案三和方案四对应的曲线，其与方案一和方案二的情况相似。只是载

20、荷与方案一和方案二相比较小这说明了在压下率相同的情况下，高度越高它的载荷越小。比较方案一和方案三对应的曲线可以看出：在压下量相同和均无摩擦的这两个条件下，高度为150的载荷曲线比高度为250的载荷曲线高很多。比较方案二和方案四对应的曲线可以看出：相同压下量，摩擦系数相同的这两种情况，高度为150的载荷曲线比高度为250的载荷曲线高很多。点追踪中点的分布(22)方案一和方案二的点分布PaintTmcklng(24)高度150mm,摩擦系数为0(23)方案三和方案四的点分布PointTmcklng（26）高度250mm,摩擦系数为0从图（24）、（26）可以看出，在前面极短时间内为弹性变形，应力呈线性