DEFORM二次开发的一点小心得!
前一段时间闲着没事,看了DEFORM的help文件.和众位兄弟交流一下.|https://www.doczj.com/doc/a817257465.html,|仿真设计有限元虚拟仪器1d8S"Q!x0~9m!~.Q5U6{9^
用户子程序实现过程:
第一步：所需文件准备：把DEF_SIM目录下的def_usr.f ,
DEF_SIM_USR_ABsoft70.gui , DEF_SIM_P4_USR_ABsoft70.gui ,
DEF_SIM_P4_USR_LIB.lib , DEF_SIM_USR_LIB.lib和lib目录下的所有.lib文件拷到工作目录下。备份DEF_SIM.exe，DEF_SIM_P4.exe两个文件。
第二步：编写源程序。对于新手可以使用模版自带的子程序，对于材料流动应力子程序模版里头本身就自带有一个，所以可以不需要自己编写。(我就利用过自带的作过模拟,把前面的常数设置为10和100分别模拟)仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,A NSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adi na,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CA E,CA D,CAM(k/b8|0^9b)y
第三步：用absoft7.0或以上版本打开DEF_SIM_USR_ABsoft70.gui文档，指定好library files，用工作目录下的lib文件来替换原来默认的lib文件，上述做完后直接点build就ok了，自动生成了DEF_SIM.exe。重复上面的过程打开
DEF_SIM_P4_USR_ABsoft70.gui文档生成DEF_SIM_P4.exe。
第三步：用生成的DEF_SIM.exe，DEF_SIM_P4.exe替换原来的这两个文件。第四步，运行模型。对于流动应力子程序，只要在material那里选择子程序就ok 了。仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,A NSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adi na,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent8]0P&E B,L+{&Z W%?/b
注:3D中必须是DEF_SIM.exe，而DEF_SIM— P4.exe不好！(我也不知道原因,师兄是这么说的!)https://www.doczj.com/doc/a817257465.html,8]$M*q)v3V;V
仿真分析,有限元,模拟,计算,力学,航空,航天,ANSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adina,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CAE,CAD,CAM#d1I1k6D0F&n"r4j
还有一个问题,关于DEFORM的text运行模式.
在安装目录下面,有如下几个需要了解的文
件:<1>DEF_PRE.EXE;<2>DEF_ARM_https://www.doczj.com/doc/a817257465.html,
DEF_PRE.EXE这是前处理,DOS界面输入前处理参数设置,记录每次设置时的操作,按一定格式记录在记事本上面,这个很重要,二次开发可能需要这个文件.具体参见help.
DEF_ARM_https://www.doczj.com/doc/a817257465.html,这是运行命令.具体格式见help.
SimWe仿真论坛5O+[7_:v$x7~;?,i6e3q
下面是关键:通过fortran子程序调用DEFORM.具体如下.我用的是visual
fortran6.6.仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,A NSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adi na,COMSOL,FEMLAB,Matla b,Fluent,CFD,CA E,CA D,CA M b/O#G3N!D3G1_:c7x5}9v'E
result=system('E:\DEFORM3D\V5_0\DEF_PRE.EXE')(启动前处理,弹出
DEF_PRE.EXE界面)3A;}%^5}/q3I
result=system('E:\DEFORM3D\V5_0\DEF_PRE.EXE 2SimWe仿真论坛4j-v-M-a(l9A 1仿真分析,有限元,模拟,计算,力学,航空,航天,ANS YS,MSC,ABAQU S,ALGO R,Adin a,COMS OL,FEM LAB,Ma tlab,F luent/c*W(t2h!~ @$N G XXXX.KEY (key文件,需要copy到你的子程序目录下) E|Simwe.c om|仿真|设计|有限元|虚拟仪器+P(E;u'r5H8r%} 7仿真分析,有限元,模拟,计算,力学,航空,航天,ANS YS,MSC,ABAQU S,ALGO R,Adin a,COMS OL,FEM LAB,Ma tlab,F luent,CFD,CA E,CAD,CAM0u'n*V&U.w,S'C 2仿真分析,有限元,模拟,计算,力学,航空,航天,ANS YS,MSC,ABAQU S,ALGO R,Adin a,COMS OL,FEM LAB,Ma tlab,F luent,CFD,CA E,CAD,CAM!K*i4n8l0 XXXX.DB(生成DB文件)|Simwe.c om|仿真|设计|有限元|虚拟仪器$e(W'V%d.G*T-n E:z;P'_/`9E R Y result=system('E:\DEFORM3D\V5_0\DEF_ARM_https://www.doczj.com/doc/a817257465.html, XXXX B')(运行DB 文件,XXXX为文件名,B表示 batch模式运行)仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,A NSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adi na,C OMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CA E,CAD,CAM B&d5~0X1@1D)J.\*~ 注意运行过程中,有可能生成临时文件,如FOR003等,会影响模拟进行,可通过fortran命令open和write操作清除.以上可以实现一些特殊的操作.如运动子程序等. 上述即是我的一点小体会.很多我也不是很懂,自己的课题也不是DEFORM二次开发,也不专长编程.呵呵,希望对大家有所帮助!仿真分析,有限元,模拟 Re:请问能不能帖个自己二次开发加本构方程的例子 这是我尝试过的关于流动应力的二次开发，希望能给没有做过二次开发的朋友一点经验~~~现在要好好研究二次开发和有限元软件的核心机制了~~~ww https://www.doczj.com/doc/a817257465.html,4S"]!F$i7W"E$S+u)e 共同进步~~~E,]*w"f6y/W'u+Y (s-e+N9|.B program USRMTR real YS,TEPS,EFEPS,TEM仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,A NSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,A dina,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CA E,CA D,CAM%[,L9o#s(`(|)D1H read (*,*,*)TEPS,EFEPS,TEM仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,A NSY S,MSC,ABAQUS,A LGOR,Adi na,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CA E,CA D,CA M$P#]2R3L;T!z"m)F4[ YS=123.5237-1.238956*TEM+3.8584*LOG10(EFEPS)+6.7852*TEPS-1.29*TEM*TEPS+52.895* LOG10(EFEPS)*TEPS+0.00088442*TEM*TEM"^/}-p&S!r7?"t'L/@ Print *,YS END SimWe仿真论坛&u%B;c f(k0f'G.m$A6r 相信看了这个程序后，大家对二次开发肯定有个初步的了解了~|Sim we.c om|仿真设计有限元虚拟仪器(`5Q4n0s;H3u8O7e5T 呵~ 用户子程序具体实现心得 结合论坛上各位大虾的经验和自带帮助,前段时间动手试了一下用户子程序的实现过程,现将自己 的一些体会与大家共享,相信对做二次开发的新手有用 用户子程序实现过程: 第一步：所需文件准备：把DEF_SIM目录下的def_usr.f , DEF_SIM_USR_ABsoft70.gui , DEF_SIM_P4_USR_ABsoft70.gui , DEF_SIM_P4_USR_LIB.lib , DEF_SIM_USR_LIB.lib和lib目录下 的所有.lib文件拷到工作目录下。备份DEF_SIM.exe，DEF_SIM_P4.exe两个文件。 第二步：编写源程序。对于新手可以使用模版自带的子程序，对于材料流动应力子程序模版里头本身就自带有一个，所以可以不需要自己编写。 第三步：用absoft7.0或以上版本打开DEF_SIM_USR_ABsoft70.gui文档，指定好library files，用工作目录下的lib文件来替换原来默认的lib文件（这一步很关键，试了好久才发现），要不然编译可以通过，可是不能生成执行文件。上述做完后直接点build就ok了，自动生成了DEF_SIM.exe。重复上面的过程打开DEF_SIM_P4_USR_ABsoft70.gui文档生成DEF_SIM_P4.exe。仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,A NSY S,MSC,ABAQUS,AL GOR,Adi na,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fl uent,C FD,CA E,CA D,CA M%y'p)o!T2B/{'a5K 第三步：用生成的DEF_SIM.exe，DEF_SIM_P4.exe替换原来的这两个文件。仿真分析有限元模拟计算力学航空航天,ANSYS,MSC,ABAQUS,AL GOR,A dina,CO MSOL,FEMLAB,Matlab,Fl uent,C FD,CAE,CA D,CAM _5B2f!p)Q/h+\-e 第四步，运行模型。对于流动应力子程序，只要在material那里选择子程序就ok了。 共享：DEFORM二次开发后，fortran子程序编译问题 这一个星期以来，每天都在编译二次开发后的DEFORM子程序，总是不能通过，看了论坛中也没有详细说这方面的，虽然按照一些操作操作了还是不行，所以详细讲述一下操作步骤。Sim We仿真论坛+z ?(V%{$S(n0M-u(N1X |https://www.doczj.com/doc/a817257465.html,|仿真设计有限元虚拟仪器,L(\:y'v'?.F4| 首先，安装的系统是windows的，到电驴上下载并安装absoft pro fortran v9.0，这应该是在网上能找到的最接近的版本了。|Simw https://www.doczj.com/doc/a817257465.html,|仿真设计有限元虚拟仪器6A3g$L)p(j&I:|'d0@ 安装DEFORM-2D,DEFORM-3D,我是这么装的，具体是不是可以只装一个我也没试过，有意的试试吧。 在def_usr.f(该文件在DEF_SIM文件夹中）编写二次开发的程序，保存。 找个地方建一个文件夹M，将DEFORM中的UserRoutine文件夹中的所有文件和所有的*.lib文件拷贝到文件夹M中。 （这样比较省事点，虽然有些文件用不到。） 将absoft pro fortran v9.0的安装文件中的f77_oldnames.obj文件也拷贝到文件夹M中。 （该文件在..\Absoft90\LIB中） 双击打开DEF_SIM_USR.gui文件，将Library Files中的*.lib文件全部替换成文件夹M中的相应的*.lib。（在Library Files任选一个文件，右键选择Add/Remove File(s)然后进行替换文件操作)。将文件夹M中的f77_oldnames.obj也添加进去。 点击Tools-->buid就OK了。生成了DEF_SIM.exe 建立DEF_SIM_P4.exe文件如上面的操作，只是改成双击DEF_SIM_P4_USR.gui文件。 关于流动应力的二次开发~！ 前几天有个网友求租关于流动应力二次开发的子程序~!现和大家一起讨论讨论~!其实二次开发我 也是个beginner~! 如果材料库里面没有你所需要的流动应力的模型~！你可以自己定义流动应力~~流动应力可以表示为应力应变温度或者其他变量的函数~！用户可以定义100种流动应力的程序~！ 定义变量如下： YS=FLOW STRESS YPS=DERIVATIVE OF FLOW STRESS W.R.T. TEPS FIP=DERIVATIVE OF FLOW STRESS W.R.T. EFEPS TEPS=EFFECTIVE STRAIN EFEPS=EFFECTIVE STRAIN RATE 如果流动应力只由应变速率灵明度指数和等效应变速率来决定~那么流动应力的子程序如下： PEM = 0.1 YS= 10. * (EFEPS)**PEM FIP = 10. * PEM* (EFEPS)**(PEM-1) YPS = 0 如果流动应力由应变(PEN)，应变速率(PEM)，等效应变 (STRAIN)，等效应变速率来决定,子程序如 下：（用户自己定义等效应变值） STRAIN = USRE1(1) IF (STRAIN.LE.0.) STRAIN = 1.E-5 PEN = 0.15 PEM = 0.1 YS= 10. * STRAIN**PEN* (EFEPS)**PEM FIP = 10. * STRAIN**PEN* PEM * (EFEPS)**(PEM-1) YPS = 10. * PEN * STRAIN**(PEN-1.) * (EFEPS)**PEM 这就是最基本的流动应力的二次开发，大家可以再探讨探讨~！谢谢~！ 2008-11-18 DEFORM 2D / DEFORM 3D二次开发心得 一求解过程中的二次开发 Procedure:If you can find Compile_DEF_SIM_USR.bat in the current directory, you can compile the user routine by simply click on that batch file, and copy the DEF_SIM.exe or DEF_SIM_P4.exe to the folder where DEFORM3D installed. To build DEF_SIM.exe follows these steps: (1) Double click DEF_SIM_USR.gui ( DEF_SIM_USR_Absoft70.gui if you are using Absoft 7.0), Absoft Pro Fortran compiler will open automatically. (2) Click on Build or in the menu bar click on Tools->Build to build DEF_SIM.exe. (3) Copy DEF_SIM.exe to the DEFORM3D/V5_0 directory (do not forget to make a backup copy of the original DEF_SIM.exe). To build DEF_SIM_P4.exe follows these steps: (1) Double click DEF_SIM_P4_USR.gui ( DEF_SIM_P4_USR_Absoft70.gui if you are using Absoft 7.0), Absoft Pro Fortran compiler will open automatically. (2) Click on Build or in the menu bar click on Tools->Build to build DEF_SIM_P4.exe. (3) Copy DEF_SIM_P4.exe to the DEFORM3D/V5_0 directory (do not forget to make a backup copy of the original DEF_SIM_P4.exe). 具体方法: 对于DEFORM 3D 5.0 如果安装的是Absoft7.0,先检查是否存在DEF_SIM_USR_Absoft70.amk和DEF_SIM_P4_USR_Absoft70.amk这两个文件,只有这两个文件完好才能正常编译. 1.双击DEF_SIM_USR_Absoft70.gui打开编译窗口,单击Build创建DEF_SIM.exe. 2.双击DEF_SIM_P4_USR_Absoft70.gui打开编译窗口,单击Build创建DEF_SIM_P4.exe. 3.这时DEF_SIM_USR_Absoft70.amk和DEF_SIM_P4_USR_Absoft70.amk如果变成了DEF_SIM_USR_Absoft70.amk.bk和DEF_SIM_P4_USR_Absoft70.amk.bk则要将扩展名中的.bk 去掉. 4.双击Compile_DEF_SIM_USR.bat,完成编译,将DEF_SIM.exe和DEF_SIM_P4.exe拷贝到DEFORM3D/V5_0目录下. 对于DEFORM 3D 6.1 Batch building: If you can find build_all_def_sim_usr.bat in the current directory, you can compile the user routine by simply click on that batch file, and copy the DEF_SIM.exe and DEF_SIM_P4.exe and DEF_SIM_P4P.exe to the folder where DEFORM3D installed. If you have Absoft7.0 instead of Absoft9.0, you should click build_all_def_sim_usr_absoft70.bat. If you have Absoft7.5 instead of Absoft9.0, you should click build_all_def_sim_usr_absoft75.bat. Interactive building: (1) Double click DEF_SIM_USR.gui, Absoft Pro Fortran compiler will open automatically. (2) Click on Build or in the menu bar click on Tools->Build to build DEF_SIM.exe. (3) Copy DEF_SIM.exe to the folder where DEFORM3D installed (do not forget to make a backup copy of the original DEF_SIM.exe). To build DEF_SIM_P4.exe follows these steps: (1) Double click DEF_SIM_P4_USR.gui, Absoft Pro Fortran compiler will open automatically. (2) Click on Build or in the menu bar click on Tools->Build to build DEF_SIM_P4.exe. (3) Copy DEF_SIM_P4.exe to the folder where DEFORM3D installed (do not forget to make a backup copy of the original DEF_SIM_P4.exe). To build DEF_SIM_P4P.exe follows these steps: (1) Double click DEF_SIM_P4P_USR.gui, Absoft Pro Fortran compiler will open automatically. (2) Click on Build or in the menu bar click on Tools->Build to build DEF_SIM_P4P.exe. (3) Copy DEF_SIM_P4P.exe to the folder where DEFORM3D installed (do not forget to make a backup copy of the original DEF_SIM_P4P.exe) 具体方法: 如果安装的是Absoft7.0,先检查是否存在build_def_sim_usr_absoft70.amk和build_def_sim_p4_usr_absoft70.amk这两个文件,只有这两个文件完好才能正常编译. 1.双击DEF_SIM_USR_Absoft70.gui打开编译窗口,单击Build创建DEF_SIM.exe. 2.双击DEF_SIM_P4_USR_Absoft70.gui打开编译窗口,单击Build创建DEF_SIM_P4.exe. 3.双击build_def_sim_usr_absoft70.bat和build_def_sim_p4p_usr_absoft70.bat完成编译,将DEF_SIM.exe和DEF_SIM_P 4.exe拷贝到DEFORM3D/V6_1目录下. 注意: 1.按上面的方法即可得到自定义变量的每一步的值,但前提是必须在前处理里面定义变量名称并给变量赋初值,方法是: In the Pre-processor, go to Advanced--> Element Data for the deforming object and go to the User tab.Here, you should define the element variables that you are interested in.These variables will then be listed in the Post-processor in the "FEM user elem" section of the State Variable menu. 2.以上方法得到的是单元的值,要得到节点值,方法如下: The variables in the NODCOM3 common block are at the nodal level.These values only exist if nodal values are output from the simulation.To do this, go to Simulation Controls--> Advanced--> Output Control and set all three variables to "Element + Node" output. After doing this, EFEPS_NN, TEPS_NN, DAMG_NN, IELMNOD(1), IELMNOD(2)and IELMNOD(3) all have values (IELMNOD(1), IELMNOD(2)and IELMNOD(3) are all set to the positive number 2 since "Element + Node" output was selected).The stress components STS_NN(6) were still zero, however.This is because these nodal stress components only get calculated when the workpiece is Elasto-Plastic (EP).Once I made my workpiece EP, these stress components were nonzero. 二后处理的二次开发 Procedure: If you can find Compile_DEF_PST_USR.bat in current directory, user routine post processor can be compiled by double click on that batch file. To generate USR_DEF_PST3.dll follow these steps: 1.Double click USR_DEF_PST3.gui (USR_DEF_PST3_Absoft70.gui for Absoft 7.0 compiler), Absoft Pro Fortran compiler will open automatically. 2.Click on Build or in the menu bar Click “ToolsàBuild”, to build USR_DEF_PST 3.dll. 3.After finishing with the set up of the project, customize pstusr3.f and rebuild USR_DEF_PST3.gui. 4.Copy USR_DEF_PST3.dll to the DEFORM3D/v5_0/Usr directory. 具体方法: 1.双击USR_DEF_PST3_Absoft70.gui打开编译窗口,单击Build创建USR_DEF_PST3.dll. 2.双击Compile_DEF_PST_USR.bat,完成编译,将USR_DEF_PST 3.dll拷贝到DEFORM3D/V5_0/USR目录下. 其实,完成第一步后就直接把USR_DEF_PST3.dll拷贝到DEFORM3D/V5_0/USR目录下,就可以了. 注意:后处理里面能实现的都可以按前面的方法在usr_upd.f中实现,而且按前面的方法实现效果要好得多,原因在于后处理里面的更新是在已经存储的.DB文件里面取数据进行计算,如果不是每步都存储到DB中了,那得出的结果会很不准确,而且目前后处理中只能显示100步的结果,所以建议尽量不在后处理中进行二次开发. 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） 基于DEFORM3D 二次开发的塑性成形过程组织演化模拟 作者：曲周德 张伟红 摘要：金属热成形方法可以有效改善 产品的综合机械性能，利用有限元模拟可以为控制锻造和产品质量提供理论依据。在Deform3D 的热力耦合刚粘塑性有限元模拟技术的基础上，进行了微观组织演化的二次开发，可以扩展有限元软件的组织模拟能力，并利用该方法对20CrMnTi 钢镦锻热成形过程进行了计算机模拟，得到了热力参数的分布状况和内部晶粒度变化的规律。通过摇臂轴的镦锻成形模拟证明了组织模拟能够为工艺改进提供了理论依据。 关键词：刚粘塑性；有限元；晶粒尺寸；显微组织演化；热镦锻 0 引言 高温成形过程中，金属将发生动态和静态再结晶，产生新的晶粒。这种微观组织的演变在很大程度上决定了产品的宏观力学性能[1，2]。利用热加工过程控制晶粒大小，细化微观组织，是提高产品力学性能的重要手段。因此，研究材料在热成形过程中宏观力学行为和微观组织的变化，揭示其相互之间的关系，并依据优化工艺参数、设计塑性成形工艺和锻后冷却方案，这对解决目前的工艺问题，提高产品质量是很有意义的，同时也是变形过程全面模拟的前沿课题[3]。 有限元数值模拟技术是随着物理模拟设备的完善以及计算机技术的发展而发展起来的。鉴于有限元法是目前唯一能对塑性加工过程给出全面且较为精确数值解的分析方法，本文对材料组织性能所进行的数值模拟均采用该分析方法。 数值模拟软件是求解塑性加工问题的一个基本工具。现在市场上已有许多成熟的用于金属塑性加工的商业软件。如DEFORM ，MSC.MARC ，MSC.SUPERFORM ，Dynaform 等，但这些软件都只进行宏观变形和温度的分析计算，没有考虑宏观与微观耦合，不具备微观组织演化的模拟和预测功能，或者只具有简单的预测能力，其模型并不一定适合于所考察的问题。本文通过对Deform3D 二次开发，将适合于材料的组织模型与成形的热力耦合计算结合，模拟热成形过程中的组织演化。 1 模型建立 1.我用deform模拟轧制过程时，推动块（pusher）和轧件（slab）再整个运动过程中始终粘在一起，我设置多个轧辊速度都不能使其分离，为什么？请高手指点？ （1）你给推动块设置一个速度时间曲线就可以了吧，让它在某一时间停下来，不就分离了 2.DEFORM的一些参数跟我们传统理工科的习惯很不一致，导致建模、模拟的时候经常会莫名的出错，而且很难找出问题出在哪里！比如：(1) 边界条件设置（BDRY）中的压强（pressure）——按照我们的习惯，施加在面上的应为压应力（因为是压强嘛），如果想设置为拉应力的话，要取负值；可在DEFORM中却是相反的。不信你建个简单的立方体模型，上下面加压（正的值），模拟结果很明显是物体被拉长了！(2) 旋转方向设置——如果从旋转轴的箭头方去看，我们通常以顺时针为正；可是在DEFORM中是反过来的！而且有的时候你选了轴，可在用系统选定旋转中心点后（俗称小绿帽），刚刚选好的轴会更改，本来你选的-X，它有时会变成+X（很奇怪！），出现这种情况只能通过正负值的设定来改变旋转方向了。特别是在轧制、旋压加工的时候，千万要看准工作辊旋转方向！(3)边界条件设置（BDRY）中的力（force）——这地方的正负值仅仅是决定方向的，更值得注意的地方是：有时候你设置的拉力或张力在生成DB文件的时候不写入的（可能是DEFORM有个许可范围，你设置的值溢出了），也就是说你的边界力是没有加上去的，模拟的时候为零。还要注意，你输入的力值是加在每个所选的节点上的，举例：你想在面上加载100kN的力，面上节点数为100，这时你在力值的输入窗口所写的值应为1kN。类似的细节问题还有很多，一不小心或稍有不熟悉就可能出问题，而且很难排查出，最伤人了！ (1)正应力—拉、负应力—压是常识呀；旋转方向的判别采用右旋定则，即右手握住旋转轴，大拇指伸直与旋转轴正向一致。 3.我用Dform 3D进行轧制模拟，起初用稳态ALE模型，但是轧件扭曲很严重，计算很快就终止了。换成增量ALE以后，便基本顺利完成了轧制的模拟（模拟 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 第25卷 第14期 2009年7月 甘肃科技 Gansu Science and Technol ogy V ol .25 N o .14Jul . 2009 基于D EFORM 三维多晶体 材料微结构的有限元分析 何凤兰,李旭东,王国梁 (兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050) 摘 要:利用本课题组自主开发的计算机软件Aut oRVE,实现三维多晶体材料微结构的几何建模,网格划分,并将生成的I nput 的文件通过脚本语言Python 的编译,实现在DEF OR M 中建立三维多晶体微结构的具体材料模型,并进行挤压过程热力耦合仿真分析,演示出了三维多晶体材料微结构的温度场及等效应力、等效应变分布结果。关键词:三维多晶体;材料微结构;Key 文件;I nput 文件中图分类号:TG14 1 D EFO RM 简介 DEF ORM -3D 是一套基于工艺模拟系统的有 限元系统(FE M ),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,及有关成形过程中的材料和温度流动。主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。前处理器处理模具和坯料的材料信息及几何信息的输入、成形条件的输入,建立边界条件,它还包括有限元网格自动生成器;模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导于一体的有限元求解器;后处理器是将模拟结果可视化,支持OpenG L 图形模式,并输出用户所需的模拟数据。DEF OR M 允许用户对其数据库进行操作,对系统设置进行修改,以及定义自己的材料模型等 [1] ,如图1所示。 图1 有限元分析流程图 2 D EFO RM 前处理程序的二次开发 2.1 材料代表性体积单元(RVE ) 材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材 料微观组织结构的“代表性体积单元”(RVE )技术上。微观组织结构的“代表性体积单元”定义在材料的细观尺度上。“代表性体积单元”其体积尺寸是最小的,但体积单元内却包含了足够多微观组织结构组成物的几何信息、晶体学取向信息、分布信息 与相场信息,并能在统计学意义上(统计平均性质)代表材料微观组织结构的基本特征,由“代表性体积单元”组成的材料称为统计均匀材料,统计均匀材料受到均匀边界条件的作用,则介质内的场变量是统计均匀场。值得指出的是,应该根据材料实际(或模拟)的微观组织结构组成物的几何构造、取向分布与结构,计算材料微观组织结构的“代表性体积单元”内的细观力学响应以及材料性能。“代表性体积单元”的细观应力的体积平均响应程度必须与“代表性体积单元”边界上所承受的外加载荷程度相一致 [2-6] 。 2.2 几何模型的建立 挤压件原始尺寸为:1000mm ×1000mm ×500mm (长度×宽度×厚度),其开始温度为900℃,上下模具温度都为300℃。材料假定是各相同性的,挤压件和上下模之间采用剪切摩擦模型,摩擦系数是0.3。工件的自由表面与周围环境之间的等效 换热系数取为180.2N /(s ?m 2 ?c ),工件与上下模之间的接触传热系数取为5N /(s ?m 2 ?c ),辐射率为0.7。坐标系的建立为:Z 轴的负方向为挤压方 向。 一．DEFORM软件介绍 DEFORM系列软件是由位于美国Ohio Clumbus的科学成形技术公司（Science Forming Technology Corporation）开发的。该系列软件主要应用于金属塑性加工、热处理等工艺数值模拟、它的前身是美国Battelle实验室开发的ALPID软件。在1991年成立的SFTC公司将其商业化，目前，Deform软件已经成为国际上流行的金属加工数值模拟软件之一。 其主要软件产品有： 1. 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，又方便科学研究。 2. DEFORM-3D（三维） 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。可以分析复杂的三维材料流动模型。用它来分析那些不能简化为二维模型的问题尤为理想。 3. DEFORM-PC（微机版） 适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。可以分析平面应变问题和轴对称问题。适用于有限元技术刚起步的中小企业。 4. DEFORM-PC Pro（Pro版） 适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。比DEFORM-PC功能强大，它包含了DEFORM-2D的绝大部分功能。 5. DEFORM-HT（热处理） 附加在DEFORM-2D和DEFORM-3D之上。除了成形分析之外，DEFORM-HT还能分析热处理过程，包括：硬度、晶相组织分布、扭曲、残余应力、含碳量等。 二．模锻模拟 2.1 创建一个新的题目 正确安装DEFORM 6.1后运行程序DEFORM-3D，其界面如下图所示。 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模拟锻造过程中的憋气 模锻件生产过程中，最常见的缺陷之一是未充满模具型腔，其中主要原因有结构设计上的不合理，造成模具中的气体在金属流动过程中被过早封闭于型腔内，无法及时排除型腔，尤其润滑液较充分的时候，影响更加明显。目前大部分金属成形仿真软件实际计算过程中，并没有由于憋气造成未充满缺陷，这给工艺人员判断是否会存在憋气造成未完全充满型腔缺陷的直观判断造成困扰。 DEFORM模拟仿真软件是目前世界上最著名的金属成形仿真软件，它能够模拟金属整个成形及热处理过程，预测各个阶段可能出现的缺陷，分析产生缺陷的原因，帮助工艺人员在工艺及模具设计阶段提前修正和优化。未充满型腔缺陷也是DEFORM能够精准预测的缺陷之一，该缺陷的精准性模拟主要体现在能够区分模拟有排气孔、无排气孔憋气、无排气孔憋油的充满型腔的结果。 DEFORM憋气模拟原理是以变形体与模具构成一个型腔的封闭情况和气体或油的体积模量来计算，如下图1所示，当构成这样一个封闭的型腔时（红色圈区域），通过理想气体定律，工件表面将增加一个压力，最终轻微的未充满被标记，如图2所示，通过高亮的绿色接触点可以看到。在这个案例中，即使两个物体已经被完全挤到一起，但仍然有细微的裂缝存在。 图1 受压作用下的体积 图2 最终状态下带有轻微未充满的体积 下面是一个简单的墩粗案例，当不考虑不憋气影响时，墩粗高度为88.5217mm，如果考虑了憋气的影响，墩粗高度为88.426mm，高度略低。但如果同时考虑了润滑油的影响，墩粗高度只有73.1683mm。 图3 不考虑憋气影响 图4 考虑憋气影响 图5 憋油影响 我们再看一个复杂模锻件如果考虑了憋气与憋油的影响，模拟计算结果如下：图6为不考虑憋气影响的模拟结果，与图7考虑憋气影响的模拟计算结果模具型腔充满性基本相同，完全充满了模具，但图7飞边部位的接触情况更加接近实际生产结果，而图8是考虑了润滑较充分的情况下憋油的影响，未充满区域较多， 与实际生产完全一致，生产时需要采取适当的润滑措施。 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-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 第一章挤压模具尺寸及工艺参数的制定 1.1实验任务 已知：空心坯料Φ90×25mm，材料是黄铜（DIN－CuZn40Pb2），内径与挤压针直径相同。所要完成成品管直径26mm，模孔工作带直径36mm，模孔出口带直径46mm。 完成如下操作： （1）根据所知参数设计挤压模具主要尺寸和相关工艺参数，并运用AUTOCAD(或Pro/E)绘制坯料挤压过程平面图。 （2）根据所绘出的平面图形，在三维空间绘出三维图。并以STL格式分别输出各零件图形，并保存。 （3）运用DEFORM-3D模拟该三维造型，设置模拟参数，生成数据库，最终完成模拟过程。 1.2挤压温度的选取 挤压温度对热加工状态的组织、性能的影响极大，挤压温度越高，制品晶粒越粗大，挤制品的抗拉强度、屈服强度和硬度的值下降，延伸率增大。由于黄铜在730℃时塑性最高，而在挤压过程中由于变形、摩擦产热使配料温度升高，若把黄铜预热到730℃，坯料可能超过最佳塑性成型温度，所以选取坯料初始温度为500℃。挤压筒、挤压模具也要预热，以防止过大的热传递导致金属温度分布不均，影响制品质量，预热温度与坯料温度不能相差太大，故选取为300℃。 挤压速度的选取 挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通过改变金属热平衡来实现。挤压速度低，金属热量逸散较多，致使挤压制品尾部出现加工组织；挤压速度高，锭坯与工具内壁接触时间短，能量传递来不及，有可能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的速度越来越高，导致制品表面裂纹。而且在保证产品质量和设备能量允许的前提下尽可能提高挤压速度。根据挤压流程可计算得挤压比为λ=13，故挤压垫速度为为1.5 mm/s。 第二章工模具尺寸 2.1 挤压筒尺寸确定 2.1.1考虑坯料挤压过程中的热膨胀，取挤压筒内径为mm； 2.2.2挤压筒外径为，故挤压筒外径为mm； 2.2.3挤压筒长度 (2-1) 式中：—锭坯最大长度，对重金属管材为； —锭坯穿孔时金属增加的长度； —模子进入挤压筒的深度； —挤压垫厚度。 由于金属的内径与挤压针的直径相等，则锭坯穿孔时金属增加的长度L=0，改例中模子进入挤压筒的深度t=0，挤压垫厚度s=5mm mm 模子尺寸设计 DEFORM模拟控制（二）:模拟步数设置 DEFORM通过在离散的时间增量上生成一系列的FEM解来解决与时间有关的非线性解。在每一个时间增量中，有限元单元中的每个节点的速度，温度以及其他关键变量都基于边界条件，工件材料的热力性质或者前面步数的结果决定。这个前面步数的结果怎么理解呢？ 其实就是当你模拟完一个操作后，这个操作的模拟结果继续作为下一个操作的输入。另外其他状态变量都基于这些关键变量，并且随着时间的增量更新。在DEFORM中，时间步的长短，模拟的步数，都是通过模拟控制中的Simulation Steps来控制的，见下图。 1 开始步数（Starting step number） 如果模拟开始的是一个新的数据库，那么这里的值就是数据库中的第一步，通常是-1，假如模拟是在一个旧的数据库基础上继续模拟，那么这里的值就是旧数据库的最后一步。这里需要注意的是，不要人为修改这个值，不然会覆盖掉原来的数据库内容，除非你确实需要从旧数据库的某一步进行操作。 小提示：步数数字前面的符号表示的是此步是由前处理器（人为的生成数据库或者自动重画网格）生成的，而不是由模拟过程生成的。 2 模拟步数（Number of simulation steps） 这个很好理解，就是定义模拟的总步数，当模拟达到这个设定的值时就会停止计算。除非计算出问题无法收敛，还有一种情况就是定义了停止条件，即后面会讲到的Stop功能，这时候，定义的步数就不起作用了，你可以尽可能的往大了设。 这里需要注意的是，加入你要通过Stop功能来控制模拟结束，那么这里的模拟步数设置不能小于达到Stop条件所需步数，不然就会按模拟步数停止计算。 打个比方，假如你想设置上模下压5mm停止，你设置了停止条件Y方向位移5m m，并且你设置的下模下压速度是1mm/step，然后你这里设置的模拟步数为4，那么模拟就只走4步，这时候只压下了4mm，没达到你预设的5mm，但你往大了设没关系，比如，设置个100步，1000步，10000步都可以，它就走5步。 也就是说啊，这个模拟步数控制和Stop控制是同等级的，那个先满足要求就停止计算。 3 存储步长（Step increment to save） 顾名思义啊，存储步长就是设置计算结果多少步存在电脑里。这个设置主要考虑两点。一个是存储容量，假如硬盘空间不够，那就把步长设置大一点，稀疏一点，这 1.DEFORM4.02帮助文档 System setup是根据各种设好的网格划分条件进行网格划分 userdefine用于指定特定区域可以有更高的单元密度. absolute是在毛坯或模具表面单位长度上的网格数 relative是指定所划分网格最大边长与最小边长的比率 而在deform5.03中好像有点改进. 在system define中也可以进行局部区域的高密度网格,且好像多了圆柱和环形的局部区域方式。 2.machining_template_3d Deform网格划分应该说还是相当不错的，尤其是２维的deform的网格划分技术，曾被ABAQUS的技术人员誉为行业的骄傲。deform3d的网格划分也还不错，它的优点是可以指 meshwindow。 一个取1,另一个取10, （不管是相对密度，还是绝对尺寸） 多了就不保险了。 需用手工划分，deform的缺省网格划分方式还是不错的，它已考虑了变形，温度分布及边界的影响。 先把划分好的网格（你不满意的）生成数据库，退出再打开，然后重新生成一下网格就ok 了。也就是说生成完整的database文件，退出程序，再启动打开这个文件，重新mesh——detailedsetting——surfacemesh——solidmesh。 3.DEFORM-3D則用boolean作切削 4.改变底色 要从deform拷贝出底色为白色的图形？默认的是黑色的！————在显示屏幕点击右键，好像有一项theme的选项，点击它后就有菜单弹出，就可以改变底色了 5.deform 可以的！在stat evariable中得type中选择linecontour就可以了！ 后处理中选择color\linecouter将所有颜色改为黑色 另外，再将底色改为白色就可以了。 6.deform3d怎样分析锻造缺陷 折叠可以看网格，断裂就是看损伤，如果设置断裂和删除准则，可以直接看到断裂元 7.有没有人用过deform 工件材料－AISI1045（45＃钢），设置Cockroft&Latham破坏准则的临界值＝0.3 8. 再点右边按钮 9.华氏度F＝32＋(9/5)乘以摄氏度C 10.Elastic-viscoplasticity——弹－黏塑性 热力耦合——thermal force coupling 11.Material data: Regular：phrasematerial（有物相转化） Mixture：混合材料 Elasticdata：是用来分析弹性材料和弹塑性材料的。 DEFORM楔横轧成形工艺工业应用 安世亚太公司工艺产品部 1 前言 楔横轧工艺主要适用于带旋转体的阶梯轴类零件的生产，如车辆、内烧机等变速箱中的各种齿轮轴、发动机中的凸轮轴等。因楔横轧工艺设计不合理产生的成形缺陷如端头凹心、表面螺旋痕、轧件拉缩及缩松与空洞等也是该类产品生产中遇到的常见难题。DEFORM金属楔横轧成形模拟技术可实现轴类件的成形工艺过程分析，预测轧制缺陷，优化楔横轧工艺参数及轧制模具设计。 2 楔横轧成形工艺技术及特点 楔横轧成形是在两个同向旋转的轧辊模具的楔形凸起作用下带动工件旋转，并使毛坯产生连续局部变形，最终轧制成楔形孔型的各种台阶轴，轧制过程中主要为径向压缩和轴向拉伸变形，如图1所示。 图1 楔横轧成形工艺图 与锻造、铸造成形工艺相比，楔横轧有诸多优点： 1、具有高的生产效率。每分钟可生产6-25个产品，生产效率平均提高5-20 倍。 2、材料利用率高。铸锻加工方式，材料利用率一般只有60%左右，楔横轧 成形的每个产品只损失料头，利用率达80%以上。 3、模具寿命较长。楔横轧过程中，模具受力较小，因此模具寿命较长。 4、加工精度高。热轧件径向尺寸公差可控制在0.2-0.5mm，长度尺寸公差 可以控制在0.1-1mm。 5、产品质量高。金属在轧制过程中，晶粒得到细化，产品机械性能得到明 显提高。 3 DEFORM楔横轧成形工艺方案的工业应用 尽管楔横轧工艺具有上述多种优点，但若工艺参数设计、模具结构设计、摩擦条件等不合理则会造成轧件成形尺寸不合格、轧制力过大、出现端部凹心、轧件拉缩、加工过程工具窜动、表面螺旋痕及因曼内斯曼效应造成的缩松及空洞等缺陷，严重影响产品质量。因此如何进行楔横轧工艺参数优化及模具楔形结构设计成为需要解决的问题。影响楔横轧成形的因素包括楔展角、成形角、断面缩减率、摩擦系数、旋转速度、轧制温度、轧件尺寸等，因此如何在工艺及模具设计阶段优化工艺设计参数，是提高楔横轧成形精度，降低研发成本的重点。楔横轧数值模拟技术正逐渐应用于轴类件轧制成形工艺的工业研究，通过楔横轧工艺模拟，可提前预测成形缺陷，获得成形尺寸、应力应变、温度变化、轧制力等各种轧制结果，指导楔横轧工艺及模具结构的设计。 DEFORM楔横轧成形技术可考虑工件在冷、热条件下轧制工艺过程的种种影响因素。通过精确模拟轧制过程，获得应力应变、温度场、缺陷产生时刻及位置、轧制力曲线等结果，从而优化轧制工艺参数及楔形结构设计，提高生产效率。 图2 轴类件楔横轧成形模拟 3.1 DEFORM楔横轧应力应变分析 楔横轧成形过程中，金属材料受到楔形模具的挤压滚动作用产生塑性变形，变形过程中产生轴向、径向和环向拉压应力，应力的变化和大小可以判断成形裂纹、缩松的潜在产生位置等，应变可以反映局部变形强度及加工硬化区域的分布。轴类件楔横轧成形变形过程如图所示。 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 问题:1、如何用测量工具测量其底部过渡圆角的半径？ 2、如何确定总模拟步长、存储步长、计算步长与计算时间？ 还有模具运动速度？ 3、接触容差tolerance含义？其大小对结果有什么影响,一般设 定为多少合适？ 主界面的【summary】按钮显示当前步骤的模拟信息,包括模具及工件的各种信息;【preview】显示用户在后处理中处理的最后图形;【message】显示模拟进程,用户可以观察目前模拟进行到多少步,每步及每子步模拟所需的时间,以及每子步的模拟误差;【log】显示模拟日志,可以瞧到模拟过程中每一步的起始与终止时间,及模拟出错的各种信息 前处理窗口:点击【DEFORM-3D Pre】进入DEFORM-3D的通用前处理界面。点击【Machining [Cutting]】进入DEFORM-3D的机加工向导界面,它包括车削,钻削,铣削等机加工工艺。点击【Forming】进入DEFORM-3D的成形向导界面,它包括冷成形,温成形,热成形等工艺。点击【Die Stress Analysis】进入DEFORM-3D的模具分析向导界面。点击【Cogging】进入DEFORM-3D的粗轧向导界面。 模拟控制:点击【Run (options)】进入模拟选择对话框,有多个处理器时,选择multiple processor对话框,并进行个处理器任务设置,若就是单机则不要选此项,否则模拟无法进行;点击【Batch Queue 】进入模拟任务队列设置对话框,用户有多任务时,可安排模拟的先后顺序;点击【Process Monitor】进入模拟控制菜单,点击按钮abort来结束当前模 拟任务,但模拟会完成当前步。若要求立即停止模拟,可点击abort immediately按钮;点击【Add to Queue】可随时添加模拟任务。 后处理窗口:用户可在模拟任务正在进行时点击【DEFORM-3D Post】进入后处理界面, STL文件的生成: 我没有用过pro/E,但就是我用solidworks造型时,插入合适的坐标系,并在保存为stl文件时,需设定选项,这样才能保证导入DEFORM 前处理的几何坐标系与您在造型软件中的一致,也就不用再花费过多时间调整各objects间的位置了、我就是用Solidworks造型的,比如一个简单的圆柱体镦粗过程,在装配图中您应该添加坐标系,将坐标系的原点设在冲头的圆心,并且在保存为stl文件时,设定"保存为"对话框中的选项,如果不知就是否正确,可以选择简单的模型试一下,(将几何调入DEFORM前处理并划分网格,然后瞧结点坐标),这样就能保证DEFORM中的几何坐标系与您在造型软件中的一致、 6、2 文件视图功能操作 正负代表视图法线方向,法向由荧屏向外为正 6 环境菜单设置 点击【options】出现下拉菜单——点击【environment】 6、2 前处理功能操作 设置好工作目录后进入前处理窗口。退出前处理窗口时,如果设置的用户类型就是初级或者中级,会弹出“询问退出对话框”,询问用户就是否存储当前工作。若设置为高级,次对话框不会显示,并且任何未保DEFORM材料中文帮助
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DEFORM模拟锻造过程中的憋气
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Deform模拟实验报告
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【阅】deform问题汇总
DEFORM楔横轧成形工艺工业应用-安世亚太
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