材料成型数值模拟设计实验.doc

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1、学生学号 实验课成绩学 生 实 验 报 告 书实验课程名称材料成型数值模拟设计实验开 课 学 院材料学院指导教师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级成型1001班2012-2013学年第二学期实验教学管理基本规范实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。1、 本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。2、 每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外

2、，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。3、 实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。4、 学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。5、 教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告

3、，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。6、 实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。附表：实验考核参考内容及标准观测点考核目标成绩组成实验预习1 预习报告2 提问3 对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力20%实验过程1 是否按时参加实验2 对实验过程的熟悉程度3 对基本操作的规范程度4 对突发事件的应急处理能力5 实验原始记录的完整程度6 同学之间的团结协作精神着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神30%结果分析1 所分析结果是否用原始记录数据2 计算结果

4、是否正确3 实验结果分析是否合理4 对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神50%实验课程名称 材料成型数值模拟 实验项目名称利用DEFORM模拟镦粗锻造成型 实验成绩实 验 者 专业班级成型1001班组 别同 组 者实验日期2013年4月8日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、 实验目的1） 了解认识DEFORM软件的窗口界面。2） 了解DEFORM界面中功能键的作用。3） 掌握利用DEFORM有限元建模的基本步骤。4） 利用DE

5、FOR模拟铸造成型过程（包括Pre、Simulator、Post Processer）。二、 实验原理DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员： 设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。 提高工模具设计效率，降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。DEFORM-2D（二维）适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学

6、研究。三、 实验步骤1DEFORM前处理过程（Pre Processer）1） 进入DEFORM前处理窗口。2） 了解DEFORM前处理中的常用图标3） 设置模拟控制4） 增加新对象5） 网格生成6） 材料的选择7） 确立边界条件8） 温度设定9） 凸模运动参数的设置10）模拟控制设定11）设定对象间的位置关系12）对象间关系“Inter-Object”的设定13）生成数据库14）退出前处理窗口2DEFORM求解（Simulator Processer）3DEFORM后处理（Post Processer）1) 了解DEFORM后处理中的常用图标。2）动画显示3) 步的选择4）节点距离测量5)

7、真实应变6）应变云图显示7）金属流线显示8）载荷行程曲线显示9）点追踪四、实验任务DEFORM-2D圆柱体镦粗模拟分析上机操作已知条件毛坯尺寸：底面半径60mm，高度200mm毛坯材料：AISI-10251800-2200F(1000-1200)毛坯温度：1200单元数：10000模具尺寸：长度200，宽度150，高度60上模压下量100mm，压下速度10mm/s完成如下操作(1) 在DEFORM-2D/Preprocessor中建立圆柱体镦粗模拟分析模型，生成以“姓名拼音-学号”命名的.DB文件。(2) 对镦粗过程进行模拟，完成以下操作：1） 提取模型模拟所得结果：最大和最小应变、工件尺寸（

8、底面半径和鼓形半径）、载荷-行程曲线(3) 在模型基础上，分别改变毛坯初始温度（900、1000、1100、1200），压下速度（5、10、15、20mm/s）进行模拟，完成以下操作：1）测量四种温度和速度下，毛坯最终成形尺寸（X、Y方向尺寸），作出尺寸随温度和速度变化曲线。2）测量四种温度和速度下，毛坯最大载荷值，作出载荷随温度和速度变化曲线3）测量四种温度和速度下，毛坯最大和最小等效应变值，最大和最小温度值，作出应变随温度和速度变化曲线。第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）一、前处理1. 进入DEFORM前处理窗口在安装有Window

9、s操作系统和deform-2D软件的系统中，单击启动软件，进入前处理窗口。如图所示：选择file|new，增加一个新问题，出现问题设置窗口。保持系统设置不变，单击next按钮，打开deform-2D前处理器，进入前处理环境。如下图所示： 2. 设置模拟控单击图标，打开“simulation control”窗口。在该窗口中改变模拟标题为newtrial，选择系统单位为“SI”，其他默认为系统设置，单击OK按钮退出窗口。如图下图所示：3. 增加新对象通过单击对象树下等插入对象按钮，添加新对象workpiece，单击按钮，为新增对象建立几何模型。单击edit按钮，出现一个空白表格，在表格中顺序顺序

10、（逆时针）输入各特征点等坐标X、Y、R。输入完成后，单击apply按钮，将数据写入系统，此时系统中将显示所见图形。再次单击插入对象按钮，插入上下模Top die、bottom die。如下图所示:表3-1workpiece各特征点坐标序号XYR10002600036020004020005000表3-2top die各特征点坐标序号XYR1020002100200031002600402600502000表3-3Bottom Die各特征点坐标序号XYR100020-6003100-6004100005000 4. 网格生成为了将workpiece生产网格，单击mesh按钮。在Tool标签下对

11、网格数量进行选择，设置为10000，如图4.1.1所示。在detailed settings中将Size Ratio设置为1，单击Generate Mesh按钮，生成网格如下图所示：5. 材料的选择单击“workpiece使其高亮显示，单击材料按钮，右边显示材料选择窗口，单击steel，选择材料AISI-10251800-2200F(1000-1200C)。单击Assign Material按钮，将所选材料导入到Workpiece中，如下图所示：6 确立边界条件单击按钮进入边界条件选择窗口，单击选择按钮，用鼠标选择左上角第一点，继续选择左下角第二点，两点选择后，毛坯对称中心轴将高亮显示，这便是

12、毛坯的边界。边界选好后，单击按钮，“Velocity”会出现“X，Fixed”，说明边界条件已经确定。如图所示：7.温度设定次单击“workpiece”、“Top Die”、“Bottom Die”中的general图标，在“Temperature”中单击Assign temperature按钮，输入合适的温度值，单击OK，使温度确定下来。如图所示： 8.凸模运动参数的设置单击“Top die”，待其高亮显示后单击Movement图标，设定凸模的运动参数，如下图所示9.模拟控制设定单击图标，打开模拟控制窗口，再单击step按钮进入步控制，依次对各项进行设置，单击ok退出，如下图所示：10设置对

13、象间的位置关系单击按钮，弹出的窗口，在此窗口中可设定对象间的位置关系。单击interference按钮。选择Positioning Object为“Workpiece”，“reference”中选择“Top Die”，在“Approach Direction”选择方向为“Y”，单击“Apply”按钮，毛坯与凸模的位置关系就确定了。同理设置“Bottom Die” 在“Approach Direction”选择方向为“-Y”，单击“Apply”按钮，毛坯与凹模的位置关系就确定了。11.对象间关系“Inter-Object”设定单击按钮，由于当前没有设定关系，会弹出一个对话框询问是否希望系统添加默

14、认的关系，单击Yes按钮后，进入过盈对象关系设定窗口，如下图所示： 选择Top Die（1）workpiece，单击Edit，将constantly选项设置为0.3，其他为系统默认设置即可，单击close。同样设置Bottom Die（1）workpiece。如下图所示：单击图标，然后单击Generate All按钮，毛坯与凸凹模的接触即生成，单击Ok退出。12生成数据库单击按钮，出现如图9.1所示的窗口，单击Check按钮，开始对各项数据进行检查。如下图所示。检查无误后，单击Generate按钮生成数据库。单击Close按钮，退出该窗口。13.退出前处理窗口单击保存按钮，关闭前处理窗口。二D

15、eform求解1.打开一个预保存的问题2.求解，单击Run，开始模拟，如下图所示：三 Deform后处理1、当模拟完成后，输出毛坯等效应变图及最大和最小应变。2、单击“post processor”中的“Deform-2D Post”，弹出后处理窗口。单击图标，标志中点（0,100），（60,100），即为最大半径点。点next，再点finish。 测量压下量分别为25mm、50mm、75mm、100mm时毛坯底面半径和最大半径。单击按钮,然后鼠标先后点击镦粗后锻件底面的两断点 3、单击，再点stroke，点击apply，再点OK，输出载荷-行程曲线在速度为10mm/s时的载荷行程曲线4、改变

16、毛坯初始温度，分别为900、1000、1100时进行模拟，具体操作如下：找到zhangyalian70229-DB,点击，在弹出的如下对话框中点击最顶行，点OK，进去改变毛坯的初始温度，然后生成数据库，并进行后处理。1） 、在毛坯初始温度为900时，毛坯的最终尺寸和毛坯的最大载荷值。2）在毛坯初始温度为1000时，毛坯的最终尺寸和毛坯的最大载荷值。 3） 在毛坯初始温度为1100时，毛坯的最终尺寸和毛坯的最大载荷值。 5、 在温度为1200下，改变上模下压速度，分别为5mm/s、15mm/s、20mm/s进行模拟，毛坯最大和最小等效应变 5mm/s 15mm/s 20mm/s实验结果：1. 1

17、0mm/s的下压速度下不同压下量的毛坯底面半径和最大半径表 压下量（mm）底面半径（mm）最大半径（mm）2561.092766.16775063.297372.62077565.817280.176910068.565189.453720mm/s时毛坯等效应变图20mm/s时载荷-行程曲线7 分别改变毛坯初始温度（900、1000、1100、1200），压下速度（5、10、15、20mm/s）进行模拟；测量四种温度和速度下，毛坯最终成形尺寸（X、Y方向尺寸），作出尺寸随温度和速度变化曲线；测量四种温度和速度下，毛坯最大载荷值，作出载荷随温度和速度变化曲线；测量四种温度和速度下，毛坯最大和最小

18、等效应变值，最大和最小应变值，作出应变随温度和速度变化曲线。（1）记录测得的数据如下表所示：速度保持不变，温度变化初始温度/最大载荷(KN)最终底面半径(mm)最终最大半径(mm)Y方向尺寸/mm最小等效应变最大等效应变1200122068.565189.45371000.009271.631100227072.35987.75381000.09031.461000476072.242587.6411000.09621.56900741071.949787.65321000.09451.63温度保持1200不变，速度变化压下速度（mm/s）最大载荷(KN)最终底面半径(mm)最终最大半径(mm

19、)Y方向最小等效应变最大等效应变尺寸/mm5 1120 67.3831 89.8567 100.0080.0019 1.71 10 1220 68.5651 89.4537 1000.0093 1.63 15 1280 69.0838 89.2346 1000.0206 1.60 20 1320 69.4090 89.0841 100.0080.0281 1.58 (2) 各参数随速度变化趋势 （3）各参数随温度变化趋势 教师签字_实验课程名称 材料成型数值模拟 实验项目名称DEFORM-3D闭式锻造模拟分析实验成绩实 验 者 专业班级成型1001班组 别同 组 者实验日期2013年4月11日

20、第一部分：实验预习报告一、实验目的1） 了解认识DEFORM3D软件的窗口界面。2） 掌握利用DEFORM3D有限元建模的基本步骤。3） 利用DEFORM3D模拟铸造成型过程（包括Pre、Simulator、Post Processer）二、实验任务已知：毛坯尺寸：100mm155.45mm凹模尺寸：见下图，不考虑拔模角上模尺寸：自行设计上模压下速度：10mm/s 毛坯材料：AISI-10251800-2200F(1000-1200)毛坯温度：1200单元数：20000完成如下操作(4) 在DEFORM-3D/Preprocessor中建立闭式锻造模拟分析模型，(5) 对成形结果进行模拟，完成

21、以下操作：提取模型模拟所得结果：最大和最小应变、成形工件尺寸、载荷-行程曲线(6) 在模型基础上，分别改变上模压下速度（5、10、15）进行模拟，完成以下操作：1）测量3种速度下，最终成形工件尺寸。2）测量3种速度下，最大成形载荷值。3）测量3种速度下，成形工件最大和最小等效应变值。第二部分：实验过程记录一、前处理1. 进入DEFORM前处理窗口在安装有Windows操作系统和Deform-3D软件的系统中，单击【开始】/【程序】中Deform-3D启动软件。点击，增加一个新问题，出现问题设置窗口。保持系统设置不变，单击next按钮，并命名问题名字为xufujia-28，打开Deform-3D

22、前处理器，进入前处理环境。如图1所示： 图12. 设置模拟控制单击图标，打开“simulation control”窗口。在该窗口中选择系统单位为“SI”，其他默认为系统设置，单击OK按钮退出窗口。如图2.1所示：图2.13. 增加新对象通过单击对象树下等插入对象按钮，添加Top Die 和Bottom Die。点击workpiece使之加亮显示，单击按钮，为新增对象建立几何模型。单击按钮，在已经存放画好的.stl格式的工件图形导入，然后依次插入Top Die和Bottom Die,插入完的上下模以及工件模型如图3.1所示 图3.14. 网格生成点击workpiece使之加亮，单击mesh按钮

23、。在Tool标签下对网格数量进行选择，设置为20000，在detailed settings中将Size Ratio设置为1.单击Generate Mesh按钮，生成网格如图4.1所示： 图4.15. 材料的选择单击“workpiece使其高亮显示，单击，弹出材料选择窗口，点击steel，选择材料AISI-10251800-2200F(1000-1200C)。单击Load按钮，将所选材料导入到Workpiece中，如图5所示：图56模拟控制设定单击图标，打开模拟控制窗口，再单击step按钮进入步控制，依次对各项进行设置，使步数与每步进给量的积等于压下量，单击ok退出，如图6.1所示： 图6.1

24、再点击，进行停止控制。如图所示： 图6.27.温度设定单击“workpiece”中的general图标，在“Temperature”中单击Assign temperature按钮，输入合适的温度值1200，单击OK，使温度确定下来，如图7所示：图78、体积补偿单击图标，在“Target Volume”中选择“Active in FEM+meshing”，再单击图标，在弹出的“Target Volume”对话框中单击“Yes”。如图所示： 图89设置对象间的位置关系单击按钮，在此窗口中可设定对象间的位置关系。单击interference按钮。选择Positioning Object为“Workp

25、iece”，“reference”中选择“Top Die”，在“Approach Direction”选择方向为“Z”，单击“Apply”按钮，毛坯与凸模的位置关系就确定了。同理设置“Bottom Die” 在“Approach Direction”选择方向为“-Z”，单击“Apply”按钮，毛坯与凹模的位置关系就确定了。 图9.1确定好的图形如图8.2所示 图9.210.对象间关系“Inter-Object”设定单击按钮，由于当前没有设定关系，会弹出一个对话框询问是否希望系统添加默认的关系，单击Yes按钮后，进入过盈对象关系设定窗口，如图9.1所示： 图10.1选择Top Die（1）wor

26、kpiece，点击Edit，将constantly选项设置为0.3，其他默认为系统设置即可，单击close。然后点击按钮将此设置也应用于Bottom Die（1）workpiece。如图9.2所示： 图10.2单击图标，然后单击Generate All按钮，毛坯与凸凹模的接触即生成，接触处出现高亮线条，如图9.3所示，单击Ok退出。 图10.311.凸模运动参数的设置单击“Top die”，待其高亮显示后单击Movement图标，设定凸模的运动参数，如图10所示： 图1112生成数据库单击按钮，单击Check按钮，开始对各项数据进行检查。如图11所示。检查无误后，命名文件名为zhangyali

27、an70229.DB，单击Generate按钮生成数据库。单击Close按钮，退出该窗口。 图1213.退出前处理窗口单击保存按钮，关闭前处理窗口。二Deform求解1.打开一个刚才生成xufujia-28.DB的文件2.求解，单击Run，开始模拟，如图2.1所示：图2.1三 Deform后处理当模拟完成后，单击“post processor”中的“Deform-2D Post”，弹出后处理窗口。完成以下操作：提取模型模拟所得结果：最大和最小应变、工件尺寸（底面半径和鼓形半径）、载荷-行程曲线1.按照右图所示 选择输出真实应变云图，可得最大最小应变，如图3.1所示： 图3.12.单击按钮，测量

28、工件相应尺寸，如图3.2所示： 图3.23.输出载荷行程曲线单击图标，按图3.3（a）所示进行设置，单击Ok得到载荷行程曲线，如图3.3（b）所示： 图3.23（a） 图3.3(b)4. 在模型基础上，分别改变凸模压下速度（5、10、15mm/s）进行模拟测量三种速度下对应的毛坯最终成形尺寸（凹槽底面直径D1、盲孔直径D2、下凸台直径D3、盲孔深度H1、下凸台高度H2），毛坯最大载荷值，最大等效应变，最小等效应变并画出这些量与速度的变化曲线。 上模压下速度为5mm/s上模压下速度为15mm/s 教师签字_第三部分 结果与讨论（可加页）一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、

29、综合分析和结论等）实验结果：改变压下速度，所得到的各组数据压下速度（mm/s）最大载荷（KN）凹槽底面直径D1 (mm)盲孔直径D2（mm）下凸台直径D3（mm）盲孔深度H1 (mm)下凸台高度H2(mm)最小等效应变最大等效应变58040131.67254.8075131.36236.661636.69650.6569.02109580126.56253.3294127.68635.225630.09680.6646.85158310130.60154.0285133.28940.210229.04780.59211.1由实验数据作出曲线图：1. 不同压下速度的最大载荷曲线 2. 成型工件尺

30、寸随压下速度变化曲线 3.应变-速度变化曲线： 二、 小结、建议及体会1、 通过这次试验，了解DEFORM3D有限元建模的基本流程。对于其前处理中应该注意的问题有了更深刻的认识，同时在自己操作过程中发现问题，然后通过各种渠道去解决问题，对于自己应用软件的提高有很大帮助。2、 用DEFORM-3D/Forming模拟，在改变速度下，得到尺寸速度-尺寸变化曲线、速度-载荷变化曲线、速度-应变变化曲线，让我了解到速温度在墩粗过程中对金属塑性的影响和工件的影响。从而让我更加明白了速度的设置在制备成型工艺的重要影响及选择的依据。3、通过这次实验了解认识DEFORM-3D软件的窗口界面。4、这次的实验让我了解DEFORM-3D界面中功能键的作用。5、这次实验我掌握利用DEFORM-3D有限元建模的基本步骤及两种不同的模拟方式。6、我学会对DEFORM-3D模拟的数据进行分析。