材料成型计算机模拟实验报告模板.doc

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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 指导教师 张 金 标 . 专业班级 08材控(1) .姓 名 .学 号 .2012年04月23日实验一 圆柱体压缩过程模拟 四号宋体加粗居中,段前1行段0.5行1 实验目的与内容小四号宋体加粗顶格,段前段均0.5行1.1 实验目的小四号宋体,顶格,固定行距18磅,正文相同进一步熟悉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。正文:小四号宋体,段首空2字符,固定行距18磅1.2 实验内容砧板工件锤头图1 圆

2、柱体压缩过程模拟运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。图名及图中字符均五号,中文宋体,数字及西文新罗马(一)压缩条件与参数锤头与砧板:尺寸20020020mm,材质DIN-D5-1U,COLD,温度室温。工件:材质DIN_CuZn40Pb2,尺寸如表1所示,温度室温。表1 实验参数表名及表中字符均五号,中文宋体,数字及西文新罗马序号圆柱体直径,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,%1100150012021001500.21203100250012041002500.2120(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

3、造型,以stl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;(6)提交分析报告(纸质和电子版)、模拟数据文件、日志文件。2 实验过程以下内容可以简化2.1工模具及工件的三维造型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

4、 压缩过程模拟2.2.1 前处理建立新问题:程序DEFORM5.03FileNew Problem Next在Problem Name栏中填写“Forging” Finish进入前前处理界面;单位制度选择:点击Simulation Conrol按钮Main按钮在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”、“topdie”、“bottomdie”。定义对象的材料模型:在对象树上选择workpiece 点击General按钮选中Plastic选项(塑性)点击Assign Temperature按钮填入温度,如20点击OK按钮;在对象树上选

5、择topdie 点击General按钮选中Rigid选项(刚性)点击Assign Temperature按钮填入温度,如20点击OK按钮勾选Primary Die选项(定义为extusion dummy block主动工具)如此重复,定义其它工模具的材料模型(不勾选Primary Die选项)。调整对象位置关系:在工具栏点击Object Positioning按钮进入对象位置关系调整对话框根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系点击OK按钮完成;模拟控制设置:点击Simulation Conrol按钮Main按钮在Simulation Title栏中填入“tuble extrusion” 或“s

6、tick extrusion” 在Operation Title栏中填入“deform heat transfer” 选中SI选项,勾选“Defromation”选项,点击Stemp按钮在Number of Simulation Stemps栏中填入模拟步数Stemp Increment to Save栏中填入每隔几步就保存模拟信息在Primary Die栏中选择extusion dummy block(以挤压垫为主动工具)在With Constant Time Increment栏中填入时间步长点击OK按钮完成模拟设置;实体网格化:在对象树上选择workpiece点击 Mesh 在Numbe

7、r of Elements卡上填入需要的网格数,如15000点击 Generate Mesh 工件网格生成;说明:工模具不作分析,可以不进行网格划分。设置对象材料属性:在对象树上选择workpiece点击Meterial点击other选择DIN-CuZn40Pb2点击Assign Meterial完成材料属性的添加;设置主动工具运行速度:在对象树上选择topdie 点击Movement在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项在Directiont选中主动工具运行,如-Y在speed卡上选中Define选项,其性质选为Constant,填入速度值,如1mm/s;工件体积补偿

8、:在对象树上选择workpiece点击Property在Target Volume卡上选中Active选项点击Calculate Volumer按钮点击Yes按钮勾选Compensate during remeshing。边界条件定义:在工具栏上点击Inter-Object按钮在对话框上选择workpiecetopdie点击Edit按钮点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项,填入摩擦系数,如0.2 点击Close按钮如此重复,依次设置其它接触关系 点击Generate all按钮点击tolerace 按钮点击OK按钮完成边界条件设置;保存k文件:在

9、对象树上选择extrusion workpiece点击Save按钮点击保存按钮保存工件的前处理信息重复操作,依次保存各工模具的信息。2.2.2 生成库文件在工具栏上点击Database generation按钮 在Type栏选中New选项选择路径(英文)填入数据库文件名(英文),如forging 点击Check按钮没有错误信息则点击Generate按钮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Exi按钮,退出前处理程序界面。2.2.4 模拟运算在主控程序界面上,单击项目栏中的forging.DB文件单击Run按钮,进入运算对话框单击Start按钮开始运算单击Stop按钮停止

10、运算单击Summary,Preview,Message,Log按钮可以观察模拟运算情况。2.3 后处理模拟运算结束后,在主控界面上单击forging.DB文件在Post Processor栏中单击DEFORM-3D Post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Max Stress,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Max Strain,点

11、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Load Stroke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Point Tracking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。 根据实验分析的需要,在后处理中提取必要的数据、云图、曲线图等信息3 实验结果与分析这一部分是重点,根据实验指导书的要求来写,注意图

12、、表的格式与排版要求4 实验小结提纲挈领地介绍实验过程、内容、结果、结论,实验认识与感受。切忌写成读后感或散文实验二 棒材热挤压过程模拟1 实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉DEFORM软件前处理、后处理的操作方法,掌握热力耦合数值模拟的模拟操作。深入理解并掌握DEFORM软件分析热挤压的塑性变形力学问题。1.2 实验内容挤压模挤压筒挤压垫140100406012045059601525图2 棒材热挤压示意图运用DEFORM模拟如图2所示的黄铜(DIN_CuZn40Pb2)棒挤压过程(已知:坯料f9025mm)。(一)挤压条件与参数挤压工具:尺寸如图所示,材质DIN-D5-1U,COLD

13、,温度3500。坯料:材质DIN_CuZn40Pb2,尺寸f9860,温度6300。工艺参数:挤压速度10mm/s,摩擦系数0.1。(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stl格式输出;(2)设计模拟控制参数;(3)DEFORM前处理与运算;(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)运用DEFORM后处理Flow Net(流动栅格)功能观察金属流动的不均匀性,说明原因;(6)提交分析报告(纸质和电子版)、模拟数据文件、日志文件。2 实验过程以下内容可以简化2.1挤压工

14、模具及工件的三维造型根据给定的几何尺寸,运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、挤压模、挤压垫、挤压筒的几何实体,文件名称分别为extrusion workpiece,extrusion die,extusion mandrel,extusion dummy block,extusion chamber。输出STL格式。 说明:上述几何形体尽量在一个空间体系下用相对尺寸绘制,保证它们的装配关系;所有实体造型都要在空间体系的第一象限内,即几何点的坐标值非负。2.2 挤压模拟2.2.1 前处理建立新问题:程序DEFORM5.03FileNew Problem Next在Problem Name

15、栏中填写“tuble extrusion”(管材挤模拟的学生)或“stick extrusion”(棒材挤模拟的学生) Finish进入前前处理界面;单位制度选择:点击Simulation Conrol按钮Main按钮在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 die”、“bottom die”和“object 4”,在Object Name栏中填入extrusion workpiece点击Change按钮点击 geometry 点击import选择extrusion workpiece.stl实体文件打开;重复操作,依次

16、添加extrusion die,extusion mandrel,extusion dummy block,extusion chamber。定义对象的材料模型:在对象树上选择extrusion workpiece点击General按钮选中Plastic选项(塑性)点击Assign Temperature按钮填入温度,如630点击OK按钮在对象树上选择extusion dummy block点击General按钮选中Rigid选项(刚性)点击Assign Temperature按钮填入温度,如300点击OK按钮勾选Primary Die选项(定义为extusion dummy block主动工

17、具)如此重复,定义其它工模具的材料模型(不勾选Primary Die选项);调整对象位置关系:在工具栏点击Object Positioning按钮进入对象位置关系调整对话框根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系点击OK按钮完成;模拟控制设置:点击Simulation Conrol按钮Main按钮在Simulation Title栏中填入“tuble extrusion” 或“stick extrusion” 在Operation Title栏中填入“deform heat transfer” 选中SI选项,勾选“Heat transfer”和“Defromation”选项点击Stemp按钮在N

18、umber of Simulation Stemps栏中填入模拟步数Stemp Increment to Save栏中填入每隔几步就保存模拟信息在Primary Die栏中选择extusion dummy block(以挤压垫为主动工具)在With Constant Time Increment栏中填入时间步长点击OK按钮完成模拟设置;实体网格化:在对象树上选择extrusion workpiece点击 Mesh 在Number of Elements卡上填入需要的网格数,如15000点击 Generate Mesh 工件网格生成;说明:工模具不作分析,可以不进行网格划分。设置对象材料属性:在

19、对象树上选择extrusion workpiece点击Meterial点击other选择DIN-CuZn40Pb2点击Assign Meterial完成材料属性的添加;设置主动工具运行速度:在对象树上选择extusion dummy block点击Movement在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项在Directiont选中主动工具运行,如-Y在speed卡上选中Define选项,其性质选为Constant,填入数度值,如10mm/s;工件体积补偿:在对象树上选择extrusion workpiece点击Property在Target Volume卡上选中Active

20、选项点击Calculate Volumer按钮点击Yes按钮勾选Compensate during remeshing边界条件定义:在工具栏上点击Inter-Object按钮在对话框上选择extrusion workpieceextusion dummy block点击Edit按钮点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项,填入摩擦系数或选择摩擦类型如Hot Forging (Lubricated) 点击Thermal选中Constant选项,填入传热系数或选择传热类型如Fomging 点击Close按钮如此重复,依次设置其它接触关系 点击Genera

21、te all按钮点击tolerace 按钮点击OK按钮完成边界条件设置;保存k文件:在对象树上选择extrusion workpiece点击Save按钮点击保存按钮保存工件的前处理信息重复操作,依次保存各工模具的信息。2.2.2 生成库文件在工具栏上点击Database generation按钮 在Type栏选中New选项选择路径(英文)填入数据库文件名(英文),如stick extrusion 或tuble extrusion 点击Check按钮没有错误信息则点击Generate按钮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Exi按钮,退出前处理程序界面。2.2.4 模拟

22、运算在主控程序界面上,单击项目栏中的stick extrusion.DB 或tuble extrusion.DB文件单击Run按钮,进入运算对话框单击Start按钮开始运算单击Stop按钮停止运算单击Summary,Preview,Message,Log按钮可以观察模拟运算情况。2.3 后处理模拟运算结束后,在主控界面上单击stick extrusion.DB 或tuble extrusion.DB文件在Post Processor栏中单击DEFORM-3D Post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Tempera

23、ture,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Max Stress,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Max Strain,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Load Stroke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Point Tracking按钮,根据上图点的位置,在工件上依

24、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。(8)流动网格分析:点击Flow Net按钮,在对话框中分别选择Starting step和Ending step的数值,点击Next,选择Surface net,点击Next,选中Parallel,点击Next,确定起点平面、终点平面,输入方向矢量和分割面的数量,点击Next,点击Finish,生成金属流动网格数据,点击播放按钮查看流动格变化情况,如图3所示。根据实验分析的需要,在后处理中提取必要的数据、云图、曲线图等信息3 实验结果与分析这一部分是重点,根据实验指导书的要求来写,注意图、表的格式与排版要求4 实验小结提纲挈领地介绍实验过程、内容、结果、结论,实验认识与感受。切忌写成读后感或散文度009 .

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