后处理
模拟运算结束后，在主控界面上单击xxx.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。
（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1所示。
图1 金属流动网格
材料的属性窗口可以通过按材料属性图标(参见图2.2.1)材料的属性对话框显示在图第2.2.2。为了模拟获得高精确度，其非常重要的是需要理解DEFORM中指定材料的性能。用户在模拟中需要知道指定材料种类的作用。本节描述材料数据,可以指定为一个变形模拟。不同的数据集是: 弹性数据 热数据 塑性数据 扩散数据 再结晶晶粒再生长 硬度估计数据 折断数据 本节讨论的方式来定义每个这些数据集的,哪些类型的模拟每种所需。 图第2.2.2:定义阶段和混合物DEFORM-3D内。 2.2.1阶段和混合物 材料组织可以分为两大类,有规律的和混合。对于大多数应用程序的形成需要低于转换温度变形,属性定义了常规材料或单阶段材料。然而当操作在高温条件下,材料经历相变的地方是重要模型转换,并为每个阶段涉及到定义属性和组这些阶段混合气的材料。例如一个通用的钢存在的奥氏体、贝氏体,马氏体,等等。在热处理上面的每个阶段可以转换到另一个阶段。所以任何材料集团,可以转换到另一个阶段应该被分类为一个阶段材料。混合材料的所有阶段的合金系统和一个对象可以被指定这种混合材料如果体积分数计算数据。
图2.2.3:定义数据弹性材料。 2.2.2弹性数据 弹性数据是弹性材料和弹塑材料的变形分析所必要的。这三个变量用来描述属性的弹性变形是杨氏模量、泊松比和热膨胀。 杨氏模量 杨氏模量用于弹性材料和弹塑性材料屈服点以下。它可以被定义为一个常数或作为温度的函数,密度(用于粉末金属),占主导地位的atom内容(例如,碳含量),或温度的函数和atom内容。泊松比 泊松比之间的比率是轴向和横向疲劳。它是需要弹性和弹塑性材料。它可以被定义为一个常数或作为温度的函数,密度(用于粉末金属),占主导地位的atom内容(例如,碳含量),或温度的函数和atom内容。 热膨胀系数 热膨胀系数定义体积应变变化引起的温度。它可以被定义为一个常数或作为温度的函数。弹性的身体温度变化是定义为节点温度之间的区别和指定的参考温度(REFTMP): εth = α(T - T0) α是热膨胀系数,T0的参考温度和T是物料温度。对弹塑性体热膨胀阻输入在预处理程序是值的平均值热膨胀和有限元计算的瞬时(切)值的平均值。 ?εth = α*?T α*是正切的热膨胀系数,T是物料温度 实验数据的热膨胀和转换工具可用 用户界面现在可以直接进入切线热膨胀系数作为温度的函数,或者用户也可以导入瞬时值可以从实验数据(参见图2.2.4)。在导入该瞬时值,用户需要表明如果这些录音是基于加热或冷却测试和参考温度。这个瞬时热膨胀数据转换为可以平均数据。(也称为割线的,这些数据在要
DEFORM-3D基本操作入门 QianRF 前言 有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于采用类型广泛的边界条件，对工件的几何形状几乎没有什么限制和求解精度高而得到广泛的应用。有限元法在40年代提出，通过不断完善，从起源于结构理论、发展到连续体力学场问题，从静力分析到动力问题、稳定问题和波动问题。随着计算机技术的发展与应用，为解决工程技术问题，提供了极大的方便。 现有的计算方法（解析法、滑移线法、上限法、变形功法等）由于材料的本构关系，工具及工件的形状和摩擦条件等复杂性，难以获得精确的解析解。所以一般采用假设、简化、近似、平面化等处理，结果与实际情况差距较大，因此应用不普及。 有限元数值模拟的目的与意义是为计算变形力、验算工模具强度和制订合理的工艺方案提供依据。通过数值模拟可以获得金属变形的规律，速度场、应力和应变场的分布规律，以及载荷-行程曲线。通过对模拟结果的可视化分析，可以在现有的模具设计上预测金属的流动规律，包括缺陷的产生（如角部充不满、折叠、回流和断裂等）。利用得到的力边界条件对模具进行结构分析，从而改进模具设计，提高模具设计的合理性和模具的使用寿命，减少模具重新试制的次数。通过模具虚拟设计，充分检验模具设计的合理性，减少新产品模具的开发研制时间，对用户需求做出快速响应，提高市场竞争能力。 一、刚（粘）塑性有限元法基本原理 刚（粘）塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，依据材料发生塑性变形时应满足的塑性力学基本方程，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种方法虽然无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但可使计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用这种方法可达到较高的计算效率。 刚塑性有限元法的理论基础是Markov变分原理。根据对体积不变条件处理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罚函数法和体积可压缩法），又可得出不同的有限元列式其中罚函数法应用比较广泛。根据Markov变分原理，采用罚函数法处理，并用八节点六面体单元离散化，则在满足边界条件、协调方程和体积不变条件的许可速度场中 对应于真实速度场的总泛函为： ∏≈∑π（ｍ）＝∏（１，２，…，ｍ）（１） 对上式中的泛函求变分，得： ∑＝０（２） 采用摄动法将式（２）进行线性化： ＝＋Δｕｎ（３）
Deform-3d热处理模拟操作 热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位。随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求。热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异，也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象。Deform-3d 软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员，通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。减少批量报废的质量事故发生。 热处理模拟，涉及到热应力变形、热扩散和相变等方面，因此计算很复杂，软件采用牛顿迭代法，即牛顿-拉夫逊法进行求解。它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根等。 但由于目前Deform-3d软件的材料库只带有45钢、15NiCr13和GCr15等三种材料模型，而且受到相变模型的局限，因此只能做淬火和渗碳淬火分析，更多分析需要进行二次开发。 本例以45钢热处理淬火工艺的模拟过程为例，通过应用Deform-3d 热处理模块，让读者基本了解热处理工艺过程有限元模拟的基本方法与步骤。 1 、问题设置 点击“文档”（File）或“新问题”（New problem），创建新问题。在弹出的图框中，选择“热处理导向”(heat treatment wizard)，见图1。 图1 设置新问题 2、初始化设置 完成问题设置后，进入前处理设置界面。首先修改公英制，将默认的英制
DEFORM-3D塑性成形CAE应用教程 第一章塑性成形CAE技术 本章学习目标：了解塑性成形CAE技术及国内外现状；了解塑性成形技术的特点；了解DEFORM-3D软件的发展、特点及功能。 本章教学要点： 知识要点能力要求相关知识 塑性成形CAE技术现状了解塑性成形CAE技术及国内外现状CAE技术及塑性成形 CAE的定义、优点及 常见技术 塑性成形技术的特点了解塑性成形技术的特点各种类型的常见塑性 成形技术原理及变形 特点 DEFORM-3D软件了解DEFORM-3D软件的发展、特点及功能了解有限元法及 刚黏塑性有限元法导入案例： 随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的日益成熟，CAE技术模拟分析金属在塑性变形过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广泛的应用。 CAE技术的成功运用，缩短了模具和新产品的开发周期，降低了生产成本，提高企业的市场竞争能力。 锻件预成形后的坯料应力分布 塑性成形CAE技术 塑性成形CAE的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。一方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答；另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作。 国外现状 金属塑性成形技术 金属塑性成形技术是现代制造业中金属加工的重要方法之一，它是金属坯料在模具的外力作用下发生塑性变形，并被加工成棒材、板材、管材以及各种机器零件、构建或日用器具等技术。 金属塑性成形加工的作用如下： (1）塑性成形可将金属坯料内的疏松和空洞性缺陷压实，提高其性能和质量。 (2）塑性成形引起再结晶，从而改变金属坯料铸态偏析，改善金属坏料组织结构。
D E F O R M软件
DEFORM软件 DEFORM简介 Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。 前处理器：主要包括三个子模块（1）数据输入模块，便于数据的交互式输入。如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件；（2）网格的自动划分与自动再划分模块；（3）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。 模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的，Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和Newton－Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果 后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等 DEFORM功能 1. 成形分析 冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析（DEFORM所有产品）。
丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金和超合金（DEFORM所有产品）。 用户自定义材料数据库允许用户自行输入材料数据库中没有的材料（DEFORM所有产品）。 提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息。 刚性、弹性和热粘塑性材料模型，特别适用于大变形成形分析（DEFORM所有产品）。 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。 完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形（DEFORM所有产品）。 用户自定义子函数允许用户定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数（DEFORM-2D，3D）。 网格划线（DEFORM-2D，PC，Pro）和质点跟踪（DEFORM所有产品）可以分析材料内部的流动信息及各种场量分布、温度、应变、应力、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了（DEFORM所有产品）。 自我接触条件及完美的网格再划分使得在成形过程中即便形成了缺陷，模拟也可以进行到底（DEFORM-2D，Pro）。 多变形体模型允许分析多个成形工件或耦合分析模具应力（DEFORM-2D，Pro，3D）。
Deform 3D二次开发步骤 为了在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。当前国际上虽然有多个知名商业软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能。庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过用户子程序，用户就能根据自己的需要增加自己的微观组织预测功能。 为了使DEFORM3D软件具有微观组织演化预测功能，本研究尝试将包含动态再结晶的热刚—粘塑性材料本构模型植入到DEFORM3D中，并在模拟结果中能够显示晶粒度等用户变量在变形体内的分布。在研究出具体开发步骤前，必须要对Defom中的程序有所深入了解。 一、DEFORM3D二次开发基础理论 1、用户子程序结构 本研究的DEFORM3D二次开发涉及到的子程序有：USRMSH、USRMTR、UFLOW、USRUPD（含USR和CHAZHI）。 （1）可以改变几乎所有变量的子程序（USRMSH）
子程序功能：该子程序包含了有限元计算中所有的全局变量，通过这个用户子程序，可以修改所有这些变量。但这些全局变量的改变将直接影响有限元的计算，处理不当就会使整个程序不能正常进行。 在DEFORM3D子程序功能中，所有的用户变量必须在USRUPD子程序中定义。本文的用户子程序中共定义了18个用户单元变量。各用户变量的含义如列表所示。 该子程序用于某些必要数据的获取和存储流程图如下图所示： （2）流动应力子程序（USRMTR、UFLOW） SUBROUTINE USRMTR（NPTRTN，YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP）SUBROUTINE UFLOW（YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP）子程序的变量含义：NPTRTN：应力模型编号；YS：流动应力；YPS：流动应力对等效应变的导数；FIP：流动应力对等效应变速率的导数；TEPS：等效应变；EFEPS：等效应变；TEMP：温度。 子程序USRMTR和UFLOW运行时需要输入：应力模型编号、等效应变、等效应变速率、温度。子程序执行完后将输出：流动应力值、流动应力对等效应变的导数，流动应力对等效应变速率的导数。这几个变量可以用用户定义变量来计算。
一、刚（粘）塑性有限元法基本原理 刚（粘）塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，依据材料发生塑性变形时应满足的塑性力学基本方程，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种方法虽然无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但可使计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用这种方法可达到较高的计算效率。 刚塑性有限元法的理论基础是Markov变分原理。根据对体积不变条件处理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罚函数法和体积可压缩法），又可得出不同的有限元列式，其中罚函数法应用比较广泛。根据Markov变分原理，采用罚函数法处理，并用八节点六面体单元离散化，则在满足边界条件、协调方程和体积不变条件的许可速度场中 对应于真实速度场的总泛函为： ∏≈∑π（ｍ）＝∏（１，２，…，ｍ）（１） 对上式中的泛函求变分，得： ∑＝０（２） 采用摄动法将式（２）进行线性化： ＝＋ Δｕ ｎ（３） 将式（３）代入式（２），并考虑外力、摩擦力在局部坐标系中对总体刚度矩阵和载荷列阵，通过迭代的方法，可以求解变形材料的速度场。 二、Deform-3d基本模拟功能 切削machining（cutting） 成形forming 模具应力分析die stress analysis 滚轧shap and ring rolling 热处理heat treatment 三、Deform-3d基本结构与方法 包括前处理程序（Pre-processor）、模拟程序（simulator）和后处理程序（Post Processor）。首先要在ＣＡＤ软件（如Pro/E、UG等）中进行实体造型，建立模具和坯料的实体信息并将其转换成相应的数据格式（STL）；然后在软件中设定变形过程的相应环境信息，进行网格剖分；再在应用软件上进行数值模拟计算；最后在后处理单元中将计算结果按需要进行输出。 事实上，由于设置了冷成形、工件材料、模具等信息后，环境条件几乎全是默认的。因此只要熟悉了操作步骤，严格按要求操作可以顺利完成预设置工作（pre-processor）；设置完成后，通过数据检查（check data）、创建数据库（generate data），将数据保存，然后关闭操作；开启模拟开关（switch simulation）、运行模拟程序（run simulation），进入模拟界面，模拟程序开始自动解算，在模拟解算过程中，可以打开模拟图表（simulation graphics）监视模拟解算进程，并进行图解分析，对变形过程、应力、应变、位移、速度等进行监视。 应用后处理器（post processor），分析演示变形过程，也可以打开动画控制开关（animation control），隐去工（模）具（single object mode），进行动画演示。并同时可以打开概要（summary）和图表（graph），对荷栽、应力、应变、位移和速度等进行详细分析。 四、软件安装 Deform-3d软件的安装，只要按提示操作，可以顺利完成安装。安装完成后，分别打开原始程序文件夹和已经安装好的程序文件夹，在原始文件夹中找到
DEFORM热处理工艺 此案例是一个齿轮的热处理工序，包含淬火、渗碳、回火等过程。零件如图1所示，考虑到零件的周期对称特点，这里取半个齿进行分析，如图2所示。 图 1 齿轮零件图2 半齿模型 5个阶段热处理方案如下： （1）在550℃预热半小时（1800s）； （2）在850℃渗碳2h（7200s）； （3）在100℃油淬火20min（1200s）； （4）在280℃回火1h（3600s）；
（5）在空气中冷却1h（3600s）。 分析流程 1 新建一个热处理问题 单击新问题图标来创建新问题。出现“问题设置”窗口。选择“DEFORM MO预处理器”单选按钮和“SI单位”单选按钮，然后单击next
进入MO前处理器后，见下图，输入项目名称，标题，存储路径等点击OK 然后点击左侧栏的Explorer，找到3D HT Wizard后点击旁边的。可以看到右侧Pre下有热处理过程设置。 2 过程设置 按照需要把模式选上，这里把三个都勾上，即考虑相转变、扩散、变形过程。点击next
3 材料定义 点击“Import material from ”。从deform安装文件家中导入“Demo_Temper_Steel.KEY”文件（参考路径：D:\Program Files\SFTC\DEFORM\v11.0\3D\LABS，我安装在了D盘），点击Next。 4 坯料定义 1）将坯料定义为弹塑性体。next
2）导入几何 同样是在软件安装目录下，导入GearTooth.STL。(参考路径D:\Program Files\SFTC\DEFORM\v11.0\3D\LABS），点击next。 3）生成网格 输入网格数8000，Generate Mesh，next
Deform-3D（version6.1）使用步骤 Deform—3D是对金属体积成形进行模拟分析的优秀软件，最近几年的工业实践证明了其在数值模拟方面的准确性，为实际生产提供了有效的指导。Deform—3D的高度模块化、友好的操作界面、强大的处理引擎使得它在同类模拟软件中处于领先地位。 以下将分为模拟准备、前处理、求解器、后处理四部分简要介绍Deform—3D的使用步骤。 一、模拟准备 模拟准备阶段主要是为模拟时所用的上模、下模、坯料进行实体造型，装配，并生成数据文件。 实体造型可通过UG、Pro-e、Catia、Solidworks等三维作图软件进行设计，并按照成形要求进行装配，最后将装配体保存为STL格式的文件。该阶段需要注意的是STL格式的文件名不能含有中文字符；另外对于对称坯料，为了节省求解过程的计算时间并在一定程度上提高模拟精度（增加了网格数量），可把装配体剖分为1/4，1/8或更多后再进行保存。 二、前处理 前处理是整个数值模拟的重要阶段，整个模拟过程的工艺参数都需要在该阶段设置，各参数设置必须经过合理设置后才能保证模拟过程的高效性和模拟结果的准确性。 首先打开软件，新建（new problem）→选择前处理（Deform-3D preprocessor）→在存放位置（Problem location）选项卡下选择其他（other location）并浏览到想要存放deform 模拟文件的文件夹→下步的problem name可任意填写。注意：所有路径不能含有中文字符。 simulation controls）→改变单位（units）为SI，接受 弹出窗口默认值；选中模式（mode）选项卡下热传导（heat transfer）。 导入坯料、模具并设置参数： 导入毛坯： 1、general：通常采用刚塑性模型即毛坯定义为塑性（plastic），之后导入的模具定义为刚性 （rigid）；温度（temperature）：根据成形要求设定坯料预热温度（温热成形时一定注意）； 材料（material）：点击load选择毛坯材料，若材料库中没有对应的材料可选择牌号相近的。 2、geometry：importgeometry from a file：从保存的STL格式文件中找到坯料，导入后会在 左侧窗口显示出预览，然后点击check GEO检查模型，务必保证出现下图椭圆中数值。
DEFORM研究报告 二、热处理 1、方案：采用Pro/E建立压缩成型所需的三维模型：压缩件、压缩上模和压缩下模，文件另存为*.stl的图形数据文件，Pro/E建立的三维模型如下图所示： （1）工件设计 压缩件的直径150mm，高200mm； （2）加工模具设计 压缩上模采用300*300*100的刚性体；
压缩上模采用400*400*100的刚性体； 即以上所选定方案与压缩变形相同。 2、前处理 首先，打开deform软件界面，在工具栏中点击（模拟控制），设置为公制（SI），此时环 境的温度变为20℃，接着在mode中勾选热传导（Heat Transfer） （1）按顺序分别调入workpiece（塑性）、topdie（刚性）、bottomdie（刚性），如下图所示
设定bottom die为主动模（primary die），如下图
（2）并运用object positioning对相互之间的位置关系进行调整，如图 （3）设置坯料的物理属性 1）对坯料进行网格划分，点击mesh，在元素数量中输入40000，再点击，
完成网格划分操作。 2）定义坯料材料 点击材料（material），在数据库（library）中选择工件的材料为TITANIUM-TYPE-1[400-2200F(200-1200C)]，点击assign material，完成材料的定义 3）选定工件的热交换面
点击Bcc，再单击Heat Exchange with，点击工件的外曲面和上端面，工件表面变为绿色，再点击下方的键，完成热交换面的设定 4）激活坯料体积 点击性质设置(Property)，再点击Target V olume下的Active，单击，完成坯料体积的激活，如下图所示
材料本构模型是实现计算机数值模拟的前提条件之一，【关于计算机数值模拟技术的发展介绍】 本论文所采用的有限元模拟软件DEFORM-3D进行材料的微观组织模拟介绍，DEFORM-3D 有限元软件是集成了原材料、成形、热处理和机加工为一体的软件，可用于分析各种塑性体积成形过程中金属流动以及材料的应力、应变和温度等物理场量的分布变化情况，同时提供了材料的流动、模具间的填充、成型过程的载荷量、模具所受应力、材料的纤维流向、成型过程的坯料形成、材料的韧性断裂以及金属微观组织结构等信息。 为了实现在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。当前国际上虽然有多个知名商业有限元软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能;或者软件具有微观组织变化的本构模型，但仍需使用者输入材料的参数方可进行，而软件不提供材料的参数;故很多软件都淡化此微观组织演化分析模块。庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过编制用户子程序就能实现对微观组织演化的预测功能。 用户自定义本构模型的输入方法 在当今的科学研究方向中，新材料的开发占据了一个重要的角色。不同的材料工作者开发了不同的新材料，得到了不同的本构模型，需要对这种新材料进行模拟，为了满足这种需求，DEFORM提供了两种用户自定义本构模型的输入方法： （1）以函数形式输入本构模型。DEFORM提供了若干常用本构模型，如图4.6所示。若用户的本构模型与系统提供的本构模型一致，则可直接输入其相关系数即可；若用户的本构模型在系统中不存在，则可通过二次开发编程的方式将用户的本构模型加入到DEFORM中，然后在图4.6中选择“User routine”并输入所调用的本构模型子程序的编号。 (2)以数据形式输入本构模型。DEFORM还允许通过输入数据的方式来定义材料的塑性流动行为。具体方法是根据材料的真应力一真应变曲线，取若干个数据点，逐个输入该材料在某个温度、某个变形速率和某个真应变下的真应力。该方法的优点是既不用求取材料的本构模型，也不用进行二次开发编程，就可以定义材料的塑性流动行为，同时，若输入的数据点较多，得到的精度比输入函数形式的本构方程要精确得多。 本论文采用第一种方式，基于windows平台的DEFORM编程接口将求取的本构方程输入到DEFORM中。 文件配置 在windows操作系统中，在向DEFORM-3D/-2D中加入用户子程序之前，要对一些文件作相关配置，具体方法如下： 1） 先C:\DEFORM3D\V6_1\目录下的DEF_SIM.exe文件和C:\DEFORM3D\V6_1\UserRoutine\DEF_SIM\目录下的def_usr.f文件作一个备份；这两个文件是在安装完DEFORM-3D后就会自动生成的文件；因为本文的二次开发将会先对def_usr.f
DEFORM-3D基本操作入门QianRF 前言 有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于采用类型广泛的边界条件，对工件的几何形状几乎没有什么限制和求解精度高而得到广泛的应用。有限元法在40年代提出，通过不断完善，从起源于结构理论、发展到连续体力学场问题，从静力分析到动力问题、稳定问题和波动问题。随着计算机技术的发展与应用，为解决工程技术问题，提供了极大的方便。 现有的计算方法（解析法、滑移线法、上限法、变形功法等）由于材料的本构关系，工具及工件的形状和摩擦条件等复杂性，难以获得精确的解析解。所以一般采用假设、简化、近似、平面化等处理，结果与实际情况差距较大，因此应用不普及。 有限元数值模拟的目的与意义是为计算变形力、验算工模具强度和制订合理的工艺方案提供依据。通过数值模拟可以获得金属变形的规律，速度场、应力和应变场的分布规律，以及载荷-行程曲线。通过对模拟结果的可视化分析，可以在现有的模具设计上预测金属的流动规律，包括缺陷的产生（如角部充不满、折叠、回流和断裂等）。利用得到的力边界条件对模具进行结构分析，从而改进模具设计，提高模具设计的合理性和模具的使用寿命，减少模具重新试制的次数。通过模具虚拟设计，充分检验模具设计的合理性，减少新产品模具的开发研制时间，对用户需求做出快速响应，提高市场竞争能力。 一、刚（粘）塑性有限元法基本原理 刚（粘）塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，依据材料发生塑性变形时应满足的塑性力学基本方程，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种方法虽然无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但可使计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用这种方法可达到较高的计算效率。 刚塑性有限元法的理论基础是Markov变分原理。根据对体积不变条件处理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罚函数法和体积可压缩法），又可得出不同的有限元列式 其中罚函数法应用比较广泛。根据Markov变分原理，采用罚函数法处理，并用八节点六面体单元离散化，则在满足边界条件、协调方程和体积不变条件的许可速度场中 对应于真实速度场的总泛函为： ∏≈∑π（ｍ）＝∏（１，２，…，ｍ）（１） 对上式中的泛函求变分，得： ∑＝０（２） 采用摄动法将式（２）进行线性化： ＝＋ Δｕ ｎ（３） 将式（３）代入式（２），并考虑外力、摩擦力在局部坐标系中对总体刚度矩阵和载荷列阵，通过迭代的方法，可以求解变形材料的速度场。 二、Deform-3d基本模拟功能 切削machining（cutting） 成形forming 模具应力分析die stress analysis 滚轧shap and ring rolling 热处理heat treatment 三、Deform-3d 基本结构与方法
热处理模块实验 1.生成一个新问题 2.初始设置 3.导入几何模型 4.网格划分 5.定义材料 6.工件设置 7. 介质定义 8. 定义时间立程 9. 仿真设置 10. 进行仿真 11. 后处理 问题摘要： 在处理复杂的热传递问题时，热处理模块是一个非常方便的工具。这个实验将展示的是这个模块如何对一个刚构建进行渗碳，淬火，回火处理。这个实验同时能够帮助用户理解deform-ht’s在计算相变方面的能力。 1.生成新的问题 开始一个名为“GearHT”的新的热处理问题。你也可以单击“New problem”按钮，选择“Heat treatment”。或者，你也可以右击导航树来创建一个空的目录，在主界面的右侧单击“HT”。 2.初始设置 在“初始设置”对话框里，设置单位为国际单位。勾选“变形”，“扩散”和“相变”。
点击下一步。 3.导入模型 在“模型”页面里，选择“导入几何，key，或DB文件”，单击下一步。进入目录，载入模型文件。 4.划分网格 在“划分网格”页面里，选择8000个非结构的网格划分。用结构面层的第一层，将“Thinkness mode”设置成“ratio to object overall dimension”，层厚设置成0.005。（结构面网格划分可以帮助我们利用更少的计算时间来获得更好的关于热学和散射的结果。）单击下一步。
5.定义材料 在“材料”页面里，选择“Import form .DB and .KEY”点击下一步。从目录里导入材料“Demo_Temper_Steel.KEY”。 你可以单击“Advance”按钮来观察，编辑材料和转换数据。 注意这是一种由八种成分（相）组成的混合材料，包括奥氏体（A），珠光体+贝氏体（PB），马氏体（B），铁素体（F），低碳马氏体（LM），回火贝氏体（TB），回火铁素体+渗碳体（TFC）。相间的转换历程包括A_>F,A_>TB,A_>M,PB_>A,M_>LM,M_>A,LM_>TFC和TFC_>A。在这些转换里，A_>F,A_>TB,M_>LM和LM_>TFC是通过TTT曲线进行散射约束的。A_>M应用马氏体转换模型，PB_>A,M_>A,TB_>A和TFC_>A用简单的散射模型。另外，A_>F有一个取决于碳含量的平衡体积分数。
DEFORM?
材料试验 流动应力Flow Stress Describes a material’s resistance to being deformed or having its shape changed. A measure of the force needed to make the material flow or deform 摩擦Friction 损伤Damage
材料数据与模拟结果 应力Stress z 直接影响成形力Directly affects die loads z 直接影响模具的应力分布Directly affects die stresses z 对流动应力影响不大Little effect on general flow stress 加工硬化Work hardening behavior z 影响金属流动Affects flow behavior z 影响载荷，应力等Also affects loads, stresses, etc.
材料数据与模拟结果 软化Thermal softening behavior z影响金属的流动 Affects flow behavior –特别在热成形中，低温和高温合金Particularly in hot forming, light or high temp alloys –可能对温成形也有影响May have an influence on warm forming z对载荷的影响同应力Same effects on loads as stress
微观组织模拟：模拟步骤 Deform 3D二次开发步骤 为了在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。当前国际上虽然有多个知名商业软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能。庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过用户子程序，用户就能根据自己的需要增加自己的微观组织预测功能。 为了使DEFORM3D软件具有微观组织演化预测功能，本研究尝试将包含动态再结晶的热刚—粘塑性材料本构模型植入到DEFORM3D中，并在模拟结果中能够显示晶粒度等用户变量在变形体内的分布。在研究出具体开发步骤前，必须要对Defom中的程序有所深入了解。 一、DEFORM3D二次开发基础理论 1、用户子程序结构 本研究的DEFORM3D二次开发涉及到的子程序有：USRMSH、USRMTR、UFLOW、USRUPD（含USR和CHAZHI）。 （1）可以改变几乎所有变量的子程序（USRMSH）
子程序功能：该子程序包含了有限元计算中所有的全局变量，通过这个用户子程序，可以修改所有这些变量。但这些全局变量的改变将直接影响有限元的计算，处理不当就会使整个程序不能正常进行。 在DEFORM3D子程序功能中，所有的用户变量必须在USRUPD子程序中定义。本文的用户子程序中共定义了18个用户单元变量。各用户变量的含义如列表所示。 该子程序用于某些必要数据的获取和存储流程图如下图所示： （2）流动应力子程序（USRMTR、UFLOW） SUBROUTINE USRMTR（NPTRTN，YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP）SUBROUTINE UFLOW（YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP） 子程序的变量含义：NPTRTN：应力模型编号；YS：流动应力；YPS：流动应力对等效应变的导数；FIP：流动应力对等效应变速率的导数；TEPS：等效应变；EFEPS：等效应变；TEMP：温度。 子程序USRMTR和UFLOW运行时需要输入：应力模型编号、等效应变、等效应变速率、温度。子程序执行完后将输出：流动应力值、流动应力对等效应变的导数，流动应力对等效应变速率的导数。这几个变量可以用用户定义变量来计
DEFORM热处理模块 Deform HT热处理模块是用于金属热处理分析的专业模块，能够模拟金属的热处理过程，耦合结构、热及微观组织计算，预测热处理相变、温度场、残余应力、变形、渗碳、裂纹、硬度等，使得热处理现象实现“可控”化，优化热处理工艺参数，提高产品质量。 金属的热处理工艺，主要包括钢的奥氏体化，渗碳，淬火，回火，有色金属的金相固溶沉淀、应力松弛。热处理阶段中，常会出现热处理过程相变过程无法监控、淬火马氏体转变率不能准确控制、淬火扭曲变形、残余应力过大或分布不合理、淬火硬度不够、金相析出沉淀过程无法控制等缺陷，而通过传统“试错”及经验的方式并不能准确和科学化、数据化地分析热处理工艺的合理性，造成了金属的热处理工艺失败，延长了生产周期。DEFORM-HT 可对热处理整个工艺过程进行进行模拟分析，通过直观分析云图及各种数据判断金属在热处理过程中产生的缺陷及工艺设计问题，达到良好的设计需求。 ●可进行金属件复杂热处理工艺的流程设置，包括炉内加热的奥氏体化，渗碳工艺的 环境碳含量，淬火介质的水、油、碱液，各工艺阶段的保温及冷却时间、温度等。 通过计算分析获得热处理过程各阶段、各时刻的工件外部及内部变化情况。 ●通过相变动力学方程进行各相在该过程中的转变情况，包括初始阶段的珠光体+贝 氏体到奥氏体的转变，奥氏体向马氏体的转变，马氏体向低碳马氏体的转变，马氏 体到渗碳体+铁素体的转变等，计算不同热处理阶段、不同时刻的各相转变百分比 及相得分布，帮助用户更合理地设计工艺保温时间及温度值。 ●通过加入蠕变模型，分析由金相粒子析出沉淀造成的热处理应力应变及残余应力、 应力松弛现象，优化热处理工艺参数。 残余应力优化
Ansys金属成形及热处理专业仿真环境：DEFORM介绍 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的各种成形工艺和热处理工艺。二十多年来的工业实践证实了基于有限元法的DEFORM有着卓越的准确性和稳定性，模拟引擎在大流动、行程载荷和产品缺陷预测等方面同实际生产相符，保持着令人叹为观止的精度。 DEFORM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 不同于一般的有限元程序，是专为金属成形而设计、为工艺设计师量身定做的软件。DEFORM具有非常友好的图形用户界面，可帮助用户方便地进行数据准备和成形分析。这样，工程师们便可把精力主要集中在工艺分析上，而不是去学习烦琐的计算机软件系统。 < 特色功能 ?友好的图形界面； ?高度模块化、集成化的有限元模拟系统； ?有限元网格自动生成器以及网格重分自动触发系统； ?集成金属合金材料库； ?集成多种成形设备模型； ?用户自定义子程序。
客户价值 ?完善的IGES、STL、IDEAS、PATRAN、NASTRAN等CAD和CAE接口，方便用户导入模型；?提供多达230种材料数据的材料库，几乎包含了所有常用材料的弹性变形数据、塑性变形数据、热能数据、热交换数据、晶体长大数据、材料硬化数据和破坏数据，方便用户计算过程中使用； ?系统集成了在任何必要时能够自行触发自动网格重划生成器，生成优化的网格模型。在精度要求较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低题目的规模，并显著提高计算效率； ?提供三种迭代计算方法：Newton-Raphson、Direct和Explicit，用户可根据不同工况、不同材料性能选择不同计算方法； ?多种控制选项和用户子程序使得用户在定义和分析问题时有很大的灵活性； ?并行求解显著提高求解速度； ?获得金属成形过程中的速度场、静水压力场、应力应变、温度场结果，以分析型材成形中波浪、扭拧、折叠、裂纹等缺陷； ?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； ?为用户优化模具结构及工艺参数； ?缩短新产品的研发周期。 ?DEFORM-2D 在同一集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性等，主要用来分析成形过程中平面应变和轴对称等二维材料流动，适用于热、冷、温成形，广泛用于分析锻造、挤压、拉拔、开胚、镦锻和许多其他金属成形过程，提供极有价值的工艺分析数据。 ?DEFORM-3D 在同一集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性等，主要用于分析各种复杂金属成形过程中三维材料流动情况，适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。 ?DEFORM-F2
DEFORM-3D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维 (3D) 流动，提供极有价值的工艺分析数据，有关成形过程中的材料和温度流动。DEFORM. -3D强大的模拟引擎能够分析金属成形过程中多个关联对象耦合作用的大变形和热特性。系统中集成了在任何必要时能够自行触发自动网格重划生成器，生成优化的网格系统。典型的DEFORM-3D应用包括锻造、挤压、镦头、轧制,自由锻、弯曲和其他成形加工手段。在要求精度较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低题目的规模，并显著提高计算效率。 DEFORM-3D 图形界面，既强大又灵活。为用户准备输入数据和观察结果数据提供了有效工具。 DEFORM系统简介: DEFORM(Design environment for forming) 是由美国Battelle Columbus 实验室在八十年代早期着手开发的一套有限元分析软件。早期的DEFORM - 2D 软件只能局限于分析等温变形的平面问题或者轴对称问题。随着有限元技术的日益成熟,DEFORM 软件也在不断发展完善,目 前,DEFORM软件已经能够成功用于分析考虑热力耦和的非等温变形问题和三维变形(DE2FORM- 3D) ,此外,DEFORM软件可视化的操作界面以及强大而完善的网格自动再划分技术,都使DEFORM这一商业化软件在现代工业生产中变得愈来愈实用而可靠。 DEFORM 软件的模块结构: DEFORM- 2D 和DEFORM- 3D 的模块结构基本相同,都由前处理器、模拟处理器和后处理器三大模块组成,不同的是DEFORM - 2D 自身可以制作简易的线框模具,DEFORM - 3D 不具备实体造型能力,但它提供一些通用的CAD 数据接口,如IGES 和STL 接口。 前处理器包括三个子模块(1) 数据输入模块,便于数据的交互式输入,如:初始速度场、温 度场、边界条件、冲头行程以及摩擦系数等初始条件。(2) 网格的自动划分与自动再划分模块。(3) 数据传递模块,当网格重划分后,能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等 数据的传递,从而保证计算的连续性。 真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的,DEFORM运行时,首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线形方程组,然后通过直接迭代法和Newton -Raphson 法进行求解,求解的结果以二进制的形式进行保存,用户可在后处理器中获取所需要的结果。 后处理器用于显示计算结果,结果可以是图形形式,也可以是数字、文字混编的形式。可 获取的结果可为每一步的(1) 有限元网格; (2) 等效应力、等效应变以及破坏程度的等高线和等 色图; (3) 速度场; (4) 温度场; (5) 压力行程曲线等。此外用户还可以列点进行跟踪,对个别点 的轨迹、应力、应变、破坏程度进行跟踪观察,并可根据需要抽取数据。 利用类似DEFORM等有限元软件,模拟分析金属的流动规律,有利于帮助设计人员优化工艺参数和模具设计,减少模具的前期开发费用,其健壮而有效的有限元代码,方便而可行的前后模拟处理器,以及现在愈来愈快的工作站都大大减少了设计人员的工作量,从而有利于缩短模具的设计开发周期。 但是,对于一些复杂的工艺过程进行模拟时,模拟过程的计算量会很大,可达几个星期甚至几个月,有时这种模拟是很不经济的,为此, 可根据实际需要对模拟过程做适当的简化,以期在较短的时间内获取所需的主要信息。下面一些假设是在有限元模拟中常用的一些简化方法。 (1) 用等温变形代替非等温变形。这种假设能够获取基本数据,常用于变形过程对温度变化不非常敏感的材料,如碳素钢等;另外,也适用于变形速度比较快,模具冷却效果不明显的场合,如机械压力机锻造或者螺旋压力机锻造等。 (2) 忽略模具上一些次要的几何特征。例如,忽略零件上定位槽的几何形状,不会对金属的流动产生明显的影响,但是,这种简化却能大大减少计算时间以及网格重划分的次数。 (3) 确定适当的网格数目,合理的分配网格密度。网格数目过多或者过少都不利于有限元的模拟计算,可根据零件变形情况,适当的预设定网格数目,并对变形剧烈的区域预先实行细划分,可大大减少计算时间。 显而易见,为了保证模拟过程的不间断性,网格的自动划分与再划分技术,网格密度分布的自动优化技术,以及新旧网格间数据的自动传递技术在有限元代码中是必需的。