DEFORM-3D基本操作入門

DEFORM-3D基本操作入門QianRF前言有限元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學物理問題的一種數(shù)值計算方法。由于采用類型廣泛的邊界條件，對工件的幾何形狀幾乎沒有什么限制和求解精度高而得到廣泛的應(yīng)用。有限元法在40年代提出，通過不斷完善，從起源于結(jié)構(gòu)理論、發(fā)展到連續(xù)體力學場問題，從靜力分析到動力問題、穩(wěn)定問題和波動問題。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為解決工程技術(shù)問題，提供了極大的方便。現(xiàn)有的計算方法（解析法、滑移線法、上限法、變形功法等）由于材料的本構(gòu)關(guān)系，工具及工件的形狀和摩擦條件等復雜性，難以獲得精確的解析解。所以一般采用假設(shè)、簡化、近似、平面化等處理，結(jié)果與實際情況差距較大，因此應(yīng)用不普及。有限元數(shù)值模擬的目的與意義是為計算變形力、驗算工模具強度和制訂合理的工藝方案提供依據(jù)。 通過數(shù)值模擬可以獲得金屬變形的規(guī)律，速度場、應(yīng)力和應(yīng)變場的分布規(guī)律，以及載荷-行程曲線。通過對模擬結(jié)果的可視化分析，可以在現(xiàn)有的模具設(shè)計上預測金屬的流動規(guī)律，包括缺陷的產(chǎn)生（如角部充不滿、折疊、回流和斷裂等）。利用得到的力邊界條件對模具進行結(jié)構(gòu)分析，從而改進模具設(shè)計，提高模具設(shè)計的合理性和模具的使用壽命，減少模具重新試制的次數(shù)。通過模具虛擬設(shè)計，充分檢驗?zāi)＞咴O(shè)計的合理性，減少新產(chǎn)品模具的開發(fā)研制時間，對用戶需求做出快速響應(yīng)，提高市場競爭能力。一、剛（粘）塑性有限元法基本原理剛（粘）塑性有限元法忽略了金屬變形中的彈性效應(yīng)，依據(jù)材料發(fā)生塑性變形時應(yīng)滿足的塑性力學基本方程，以速度場為基本量，形成有限元列式。這種方法雖然無法考慮彈性變形問題和殘余應(yīng)力問題，但可使計算程序大大簡化。在彈性變形較小甚至可以忽略時，采用這種方法可達到較高的計算效率。 剛塑性有限元法的理論基礎(chǔ)是Markov變分原理。根據(jù)對體積不變條件處理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罰函數(shù)法和體積可壓縮法），又可得出不同的有限元列式其中罰函數(shù)法應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)Markov變分原理，采用罰函數(shù)法處理，并用八節(jié)點六面體單元離散化，則在滿足邊界條件、協(xié)調(diào)方程和體積不變條件的許可速度場中對應(yīng)于真實速度場的總泛函為：（）（，）（）對上式中的泛函求變分，得：（）采用攝動法將式（）進行線性化：（）將式（）代入式（），并考慮外力、摩擦力在局部坐標系中對總體剛度矩陣和載荷列陣，通過迭代的方法，可以求解變形材料的速度場。二、Deform-3d基本模擬功能切削machining（cutting）成形forming模具應(yīng)力分析die stress analysis滾軋shap and ring rolling熱處理heat treatment三、Deform-3d 基本結(jié)構(gòu)與方法包括前處理程序（Pre-processor）、模擬程序（simulator）和后處理程序（Post Processor）。首先要在軟件（如Pro/E、UG等）中進行實體造型，建立模具和坯料的實體信息并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式（STL）；然后在軟件中設(shè)定變形過程的相應(yīng)環(huán)境信息，進行網(wǎng)格剖分；再在應(yīng)用軟件上進行數(shù)值模擬計算；最后在后處理單元中將計算結(jié)果按需要進行輸出。事實上，由于設(shè)置了冷成形、工件材料、模具等信息后，環(huán)境條件幾乎全是默認的。因此只要熟悉了操作步驟，嚴格按要求操作可以順利完成預設(shè)置工作（pre-processor）；設(shè)置完成后，通過數(shù)據(jù)檢查（check data） 、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫（generate data），將數(shù)據(jù)保存，然后關(guān)閉操作；開啟模擬開關(guān)（switch simulation）、運行模擬程序（run simulation），進入模擬界面，模擬程序開始自動解算，在模擬解算過程中，可以打開模擬圖表（simulation graphics）監(jiān)視模擬解算進程，并進行圖解分析，對變形過程、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度等進行監(jiān)視。應(yīng)用后處理器（post processor），分析演示變形過程，也可以打開動畫控制開關(guān)（animation control），隱去工（模）具（single object mode），進行動畫演示。并同時可以打開概要（summary）和圖表（graph），對荷栽、應(yīng)力、應(yīng)變、位移和速度等進行詳細分析。四、軟件安裝Deform-3d軟件的安裝，只要按提示操作，可以順利完成安裝。安裝完成后，分別打開原始程序文件夾和已經(jīng)安裝好的程序文件夾，在原始文件夾中找到MAGNiTUDE 文件夾并打開，將其中的文件拷貝到已經(jīng)打開的安裝文件夾中，重新啟動計算機。（to be continued）DEFORM-3D基本操作入門(2)五、操作步驟1、問題設(shè)置（problem setup）打開程序，在打開的界面上，點擊“文件file”在下拉菜單中，選擇“新問題new problem”在問題設(shè)置（Problem Setup）菜單中的問題類型（Problem Type）欄，選擇“成形forming”在問題位置（Problem location）中，一般選家庭目錄（Under problem home directory）修改問題名稱problem name（可以不改）點擊“完成finish”，打開操作界面。操作的第一步，問題設(shè)置即宣告完成。（to be continued）DEFORM-3D 基本操作入門(3)五、操作步驟之二 有了前面的問題設(shè)置，就可以進入操作，本節(jié)主要介紹對象（工件）設(shè)置中的幾何模型設(shè)置。2、操作設(shè)置（operation setup）選擇“公制SI”修改操作名稱operation name（可以不改）選擇加工形式Process type（選擇冷成形cold forming）選擇形狀復雜度shape complexity（一般默認為適度）設(shè)置對象（工件）object (workpiece)工件形狀選擇workpiece shape（整體或?qū)ΨQ）對象數(shù)量選擇number of objects設(shè)置工件對象（溫度、塑性等已經(jīng)默認）對象模型，選擇“導入或定義初級模型import geometry or define primitive geometry”，也可以點擊“輸入模型import geometry”從其它文件夾中導入對象模型，但模型一般要用Pro/E等三維軟件模型，并要轉(zhuǎn)換為STL格式，才可以導入。這里我們選擇了“導入或定義初級模型”。在打開的界面對話框內(nèi)，通過輸入確定工件形狀與尺寸，完成工件模型的導入。（to be continued）Deform-3d基本操作入門（四）通過輸入確定工件形狀與尺寸網(wǎng)絡(luò)劃分mesh，輸入單元數(shù)，一般選20003000。選擇材料material（從材料庫中選擇import material from library）設(shè)置邊界條件boundary condition（一般為默認）上模設(shè)置top die方法與工件設(shè)置類似。如：輸入或界定對象模型import object or define primitive geomitry等，不再重復。上模運動設(shè)置movement（一般選默認）速度可以修改，也可以選擇默認一般不影響模擬下模設(shè)置bottom die，如工件設(shè)置類似。如輸入或界定對象模型import object or define primitive geomitry等，不再重復。工件與上下模設(shè)置完畢后，需要對對象定位position（選擇自動或手動）設(shè)置接觸條件contact（一般為默認）設(shè)置上模行程primary die stroke停止設(shè)置stopping control（可以不選）模擬設(shè)置simulation control（一般選默認）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫database generation（如果前面的操作正常，情形顯示為“輸入正確”），點擊“檢查數(shù)據(jù)check data”和“創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫generate database”并關(guān)閉操作close opr，完成操作設(shè)置。（to be continued）Deform-3d基本操作(五)3、模擬解算（simulation）打開模擬開關(guān)switch to simulation運行模擬程序run simulation啟動模擬（點擊“OK”程序開始自動模擬解算）打開模擬圖表simulation graphics（模擬監(jiān)視）選擇右邊的工具欄，進行模擬監(jiān)視，從上至下分別是，無圖形分析none應(yīng)變分析strain應(yīng)變率分析strain rate應(yīng)力分析stress速度分析velocity流量分析displacement溫度分析temperature破壞分析damege在右上工具欄選擇去除工具，便于觀察。在右下工具攔選擇光滑smooth，增加視覺效果。也可以通過右上工具攔選擇網(wǎng)格效果。分析應(yīng)力分布等。在模擬解算過程中會碰到由于網(wǎng)格劃分的不合理而中斷模擬的情況,可以通過模擬界面下方的工具攔,選擇需要的欄目,一般默認為信息Message欄,也可以點擊message顯示信息。（to be continued）Deform-3d基本操作入門（六）4、后處理操作（post processor）打開后處理界面deform-3d post在問題對話框中選擇需要分析處理的項目，打開數(shù)據(jù)庫（顯示對象模型）點擊單個對象模式single object mode，消除工具模型，以便觀測。點擊播放按鈕觀測變形過程，或點擊動畫控制animation control，可以進行連續(xù)反復播放。點擊概要summary或圖表工具graph，打開對話框和圖表，進行應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度、荷栽等分析。點擊概要工具，打開對話框。選擇步數(shù)和相應(yīng)項目，點擊小圖表，顯示圖表。打開圖表工具，點擊應(yīng)用Apply顯示圖表?？梢赃x擇不同顏色的圖表背景。顯示模型變形色譜，觀測起來更直觀。結(jié)束語： 隨著數(shù)值模擬在塑性成形方面的應(yīng)用越來越深入，模擬工作逐步從模擬簡單零件轉(zhuǎn)向模