成型CAE實驗報告完整版.doc

實驗課程名稱： 材料成型CAE實驗 實驗項目名稱DEFORM-2D軟件的操作與實例演練實驗成績實驗者專業(yè)班級組別同組者實驗日期11年12月9日第一部分：實驗預習報告（包括實驗目的、意義，實驗基本原理與方法，主要儀器設備及耗材，實驗方案與技術路線等）一、 實驗目的1） 了解認識DEFORM軟件的窗口界面。2） 了解DEFORM界面中功能鍵的作用。3） 掌握利用DEFORM有限元建模的基本步驟。4） 利用DEFOR模擬鑄造成型過程（包括Pre、Simulator、Post Processer）。二、 實驗原理DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。通過在計算機上模擬整個加工過程，幫助工程師和設計人員： 設計工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場試驗成本。 提高工模具設計效率，降低生產(chǎn)和材料成本?？s短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。DEFORM-2D（二維）適用于各種常見的UNIX工作站平臺（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機平臺?？梢苑治銎矫鎽兒洼S對稱等二維模型。它包含了最新的有限元分析技術，既適用于生產(chǎn)設計，又方便科學研究。三、 實驗步驟1DEFORM前處理過程（Pre Processer）1） 進入DEFORM前處理窗口。2） 了解DEFORM前處理中的常用圖標3） 設置模擬控制4） 增加新對象5） 網(wǎng)格生成6） 材料的選擇7） 確立邊界條件8） 溫度設定9） 凸模運動參數(shù)的設置10）模擬控制設定11）設定對象間的位置關系12）對象間關系“Inter-Object”的設定13）生成數(shù)據(jù)庫14）退出前處理窗口2DEFORM求解（Simulator Processer）3DEFORM后處理（Post Processer）1)了解DEFORM后處理中的常用圖標。2）步的選擇3）真實應變4）金屬流線5）載荷行程曲線第二部分：實驗過程記錄（可加頁）（包括實驗原始數(shù)據(jù)記錄，實驗現(xiàn)象記錄，實驗過程發(fā)現(xiàn)的問題等）一、前處理1. 進入DEFORM前處理窗口在安裝有WINdows操作系統(tǒng)和deform-2D軟件的系統(tǒng)中，單擊啟動軟件。選擇file|new，增加一個新問題，出現(xiàn)問題設置窗口。保持系統(tǒng)設置不變，單擊next按鈕，打開deform-2D前處理器，進入前處理環(huán)境。如圖所示：DEFORM前處理中常用的一些圖標如下：規(guī)定所有模塊控制和停止規(guī)范：規(guī)定對象材料性質(zhì)：規(guī)定對象的對應關系 ：規(guī)定對象的摩擦關系 ：前處理完成后該菜單生成模擬所需的數(shù)據(jù)庫 ：退出前處理，返回DEFORM主控窗口 ：使所有對象以合適比例顯示在窗口中 ：返回上一個使用過的視圖 ：對當前窗口截圖，并保存為文件 ：顯示為無網(wǎng)格圖形 ：顯示為網(wǎng)格圖形 其他常用圖形請參考：材料成型CAD/CAM/CAE基礎-北京大學出版社出版表7-1。2. 設置模擬控制單擊圖標，打開“simulation control”窗口。在該窗口中改變模擬標題為newtrial，選擇系統(tǒng)單位為“SI”，其他默認為系統(tǒng)設置，單擊OK按鈕退出窗口。如圖所示：3. 增加新對象通過單擊對象樹下等插入對象按鈕，添加新對象workpiece，單擊按鈕，為新增對象建立幾何模型。單擊edit按鈕，出現(xiàn)一個空白表格，在表格中順序順序（逆時針）輸入各特征點等坐標X、Y、R。輸入完成后，單擊apply按鈕，將數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)，此時系統(tǒng)中將顯示所見圖形。再次單擊插入對象按鈕，插入上下模Top die、bottom die。如圖所示:4. 生成網(wǎng)格為了將workpiece生產(chǎn)網(wǎng)格，單擊mesh按鈕。在Tool標簽下對網(wǎng)格數(shù)量進行選擇，設置為2000，如圖4.1.1所示。在detailed settings中將Size Ratio設置為1.如圖所示：單擊Generate Mesh按鈕，生成網(wǎng)格如圖所示：5. 材料的選擇單擊“workpiece使其高亮顯示，單擊材料按鈕，右邊顯示材料選擇窗口，單擊steel，選擇材料AISI-10251800-2200F(1000-1200C)。單擊Assign Material按鈕，將所選材料導入到Workpiece中，如圖所示：6模擬控制設定單擊圖標，打開模擬控制窗口，再單擊step按鈕進入步控制，依次對各項進行設置，單擊ok退出：7.確立邊界條件單擊按鈕進入邊界條件選擇窗口，如圖所示單擊選擇按鈕，用鼠標選擇左上角第一點，繼續(xù)選擇左下角第二點，兩點選擇后，毛坯對稱中心軸將高亮顯示，這便是毛坯的邊界。邊界選好后，單擊按鈕，“Velocity”會出現(xiàn)“X，F(xiàn)ixed”，說明邊界條件已經(jīng)確定。8.溫度設定次單擊“workpiece”、“Top Die”、“Bottom Die”中的general圖標，在“Temperature”中單擊Assign temperature按鈕，輸入合適的溫度值，單擊OK，使溫度確定下來9設置對象間的位置關系單擊按鈕，彈出如圖所示的窗口，在此窗口中可設定對象間的位置關系。單擊interference按鈕，顯示如圖所示的窗口。選擇Positioning Object為“Workpiece”，“reference”中選擇“Top Die”，在“Approach Direction”選擇方向為“Y”，單擊“Apply”按鈕，毛坯與凸模的位置關系就確定了。同理設置“Bottom Die” 在“Approach Direction”選擇方向為“-Y”，單擊“Apply”按鈕，毛坯與凹模的位置關系就確定了。10.對象間關系“Inter-Object”設定單擊按鈕，由于當前沒有設定關系，會彈出一個對話框詢問是否希望系統(tǒng)添加默認的關系，單擊Yes按鈕后，進入過盈對象關系設定窗口，如圖所示：選擇Top Die（1）workpiece，單擊Edit，將constantly選項設置為0.3，其他為系統(tǒng)默認設置即可，單擊close。同樣設置Bottom Die（1）workpiece。單擊圖標，然后單擊Generate All按鈕，毛坯與凸凹模的接觸即生成，單擊Ok退出。如圖所示：11.凸模運動參數(shù)的設置單擊“Top die”，待其高亮顯示后單擊Movement圖標，設定凸模的運動參數(shù)，如圖9.1所示：12生成數(shù)據(jù)庫單擊按鈕，出現(xiàn)如圖9.1所示的窗口，單擊Check按鈕，開始對各項數(shù)據(jù)進行檢查。檢查無誤后，單擊Generate按鈕生成數(shù)據(jù)庫。單擊Close按鈕，退出該窗口。10.退出前處理窗口單擊保存按鈕，關閉前處理窗口。二Deform求解1.打開一個預保存的問題2.求解，單擊Run，開始模擬，如圖所示：當模擬完成后，將在信息文件的末尾增加下列信息三 Deform后處理當模擬完成后，單擊“post processor”中的“Deform-2D Post”，彈出后處理窗口。這里我測量了鐓粗后鍛件底面半徑的變化單擊按鈕，然后鼠標先后點擊鐓粗后鍛件地面的兩斷點。如圖所示：根據(jù)設計的步數(shù)分四次跟蹤截取可以得到壓下量(mm)底面半徑(mm)最大半徑(mm)2560.9666.155063.4872.617567.8080.1510075.0089.41第三部分 結果與討論（可加頁）一、小結、建議及體會通過老師的講解和PDF的學習，初步運用了DEFORM進行簡易的應用，通過鐓粗的前處理和求解以及后處理，對DEFORM有了一個全面的認識，雖然只是材料成型方面的應用，沒有涉及到熱處理的學習，但感覺DEFORM很強大，如果能把AUTOCAD與DEFORM聯(lián)系在一起能使自己的學習更加全面。實驗課程名稱： 材料成型CAE實驗 實驗項目名稱正擠壓成型有限元模擬實驗成績實驗者劉濟東專業(yè)班級成型0801組別同組者實驗日期11年十二月11日第一部分：實驗分析與設計（可加頁）一、 實驗內(nèi)容描述（問題域描述）1.比較不同凹模錐角對正擠壓金屬流動的影響 凹模錐角a分別為45度，60度，120度，180度2.研究變形溫度，摩擦因子和擠壓速度對正擠壓變形力的影響 1）比較不同變形溫度對正擠壓變形力的影響：20攝氏度，900攝氏度，1200攝氏度 2）比較不同摩擦因子m對正擠壓變形力的影響：0.10，0.15，0.20，0.25，0.3 3）比較不同擠壓速度對正擠壓變形力的影響：5mm/s，10mm/s，20mm/s，40mm/s，100mm/s二、 實驗基本原理與設計（包括實驗方案設計，實驗手段的確定，試驗步驟等，用硬件邏輯或者算法描述）1. 錐模角的比較（1） 以錐角為120度為例，記錄實驗步驟中的幾個重要截圖（1）在錐角為45度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：(2) 在錐角為60度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：(3)在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：(4)在錐角為180度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：2.溫度的比較（1）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（2）在錐角為120度，變形溫度為900攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（3）在錐角為120度，變形溫度為1200攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：3.摩擦因子的比較（1）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.15，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（2）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.20，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（3）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.25，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（4）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.3，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：5.擠壓速度的比較（1）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為10mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（2）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為20mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（4）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為40mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：（5）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為100mm/s時，得出以下數(shù)據(jù)：三、 主要儀器設備及耗材DEFORM-2D軟件第二部分：實驗調(diào)試與結果分析（可加頁）一、 調(diào)試過程（包括調(diào)試方法描述、實驗數(shù)據(jù)記錄，實驗現(xiàn)象記錄，實驗過程發(fā)現(xiàn)的問題等）實驗過程通過使用控制變量法，利用十四次反復實驗，對比出凹模錐角，變形溫度，摩擦因子以及擠壓速度對正擠壓變形力的影響：實驗記錄現(xiàn)象以及數(shù)據(jù)如下：（1）當變形溫度同為20攝氏度，摩擦因子同為0.10，擠壓速度同位5mm/s的情況下，凹模角a分別為45度，60度，120度，180度時，正擠壓金屬流動越來越困難（2）各數(shù)據(jù)對變形力的影響1）不同溫度對正擠壓變形力的影響：20攝氏度：2.35e+006900攝氏度：2.23e+0061200攝氏度：1.92e+006 2）不同摩擦因子對正擠壓變形力的影響： 0.10：2.30e+005 0.15：5.85e+005 0.20：1.76e+006 0.25：2.15e+006 0.30：2.24e+006 3）不同擠壓速度對正擠壓變形力的影響： 5mm/s：2.35e+006 10mm/s:2.01e+006 20mm/s:2.08e+006 40mm/s:1.98e+006 100mm/s:2.03e+006二、 實驗結果及分析（包括結果描述、實驗現(xiàn)象分析、影響因素討論、綜合分析和結論等）1):溫度對擠壓變形力的影響曲線：2)摩擦因子對正擠壓變形力的影響曲線：3）擠壓速度對正擠壓變形力的影響曲線：從以上所得表格可以大致得出結論：1.隨著溫度升高，正擠壓變形力迅速變小，變小的趨勢逐漸減慢；2.隨著摩擦因子的增大，正擠壓變形力逐漸增加；3.隨著擠壓速度的增加，正擠壓變形力逐漸變小，切逐漸趨近平緩考慮到實驗時前后使用分別使用了100步和50步進行模擬導致的縱向比較的誤差，以及在后處理時直接改參數(shù)直接再運行的疏漏以外。結合實驗中出現(xiàn)的一些問題。我猜想了以下幾點有意思的結論。1) 不同摩擦因子對模具擠壓受力是最明顯的。隨著摩擦因子增加，材料流動阻力增加，型材出口流速降低，這是在摩擦因子較大時導致很多次實驗中無法完成拉伸的主要原因。解決的方法是加上圓角和更換工件材料。而前者的效果是最明顯的。2) 在材料流出工作帶時，模具受力達到最大值，模具載荷隨著摩擦因子增加而增大，而與速度大小關系不大。這就是速度增大到一定值后模具受力趨近平緩的原因。3）在復雜形狀鋁型材擠壓模具設計中，可以通過特征質(zhì)點速度的跟蹤方法，確定模具及工藝參數(shù)設計，達到調(diào)整不同部位材料流速的目的，從而改善型材截面上質(zhì)點流速的均勻性，保證型材端面齊整，減少型材的內(nèi)應力。三、 實驗小結、建議及體會實驗數(shù)據(jù)比較多，比較繁瑣，但是基本步驟沒什么變化，相對來說還是比較簡單的，只是需要耐心一步步完成，這對于DEFPRM-2D的操作有很大的幫助，可以讓我們熟練掌握基本操作。實驗課程名稱： 材料成型CAE實驗 實驗項目名稱反擠壓成形的有限元模擬實驗成績實驗者劉濟東專業(yè)班級成型0801組別同組者實驗日期 11年 12 月 14日第一部分：實驗分析與設計（可加頁）一、實驗內(nèi)容描述（問題域描述）1.研究反擠壓杯形件毛坯內(nèi)部的多物理場分布和流線分布（坯料高徑比為1）2.