【阅】DEFORM-3D v5.0 基本操作指南_清华大学

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1、1机械工程系版权所有 翻印必究DEFORM-3D v5.0 基本操作指南编 写 方 刚 刘海军清华大学机械工程系2004年 02月机械工程系版权所有 翻印必究DEFORM 软件简介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 。 它的前身是美国空军 Battelle试验室开发的 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

2、的软件之一 。 主要软件产品有 ：DEFORM- 2D DEFORM-3DDEFORM-PCDEFORM-HT ModuleDEFORM-Tools2机械工程系版权所有 翻印必究练习 01金属塑性成形的前处理前处理是有限元分析的主要步骤 ， 它所占用的操作时间占到用户操作时间的 80%， 有很多定义都是在前处理阶段进行的 。 前处理出要包括 ：1. 几何模型建立或导入2. 网格划分3. 材料定义4. 物体的接触和摩擦定义5. 模拟参数的设定机械工程系版权所有 翻印必究几何模型建立或导入在 DEFORM-3D软件中 ， 不能直接建立三维的几何模型 ， 必须通过其他 CAD/CAE软件建模后导入到

3、系统中 。 目前 ， DEFORM-3D的几何模型接口格式有 ：1. STL: 几乎所有 CAD软件都有这个接口 ， 它是通过一系列的三角形拟合曲面而成 ；2. UNV: SDRC公司 （ 现合并到 EDS公司 ） 软件 IDEAS的三维实体造型及有限元网格文件格式 ， DEFORM接受其划分的网格 。3. PDA: MSC 公司的软件 Patran的三维实体造型及有限元网格文件格式 。4. AMG： 这种格式 DEFORM存储已经导入的几何实体 。3机械工程系版权所有 翻印必究网格划分在 DEFORM-3D中 ， 如果用其自身带的网格剖分程序 ， 只能划分四面体单元 ， 这主要是为了考虑网格

4、重划分时的方便和快捷 。 但是它也接收外部程序所生成的六面体 （ 砖块 ） 网格 。 网格划分可以控制网格的密度 ， 使网格的数量进一步减少 ， 有不至于在变形剧烈的部位产生严重的网格畸变 。机械工程系版权所有 翻印必究材料模型在 DEFORM-3D软件中 ， 用户可以根据分析的需要 ， 输入材料的弹性 、塑性 、 热物理性能数据 ， 如果需要分析热处理工艺 ， 还可以输入材料的每一种相的相关数据以及硬化 、 扩散等数据 。为了更方便的使用户模拟塑性成形工艺 ， 该软件提供了 100余种材料（ 包括碳钢 、 合金钢 、 铝合金 、 钛合金 、 铜合金等 ） 的塑性性能数据 。 以及多种材料模型

5、 。每一种材料的数据都可以与温度等变量相关 。4机械工程系版权所有 翻印必究物体的空间位置调整这里有两层含义 ， 一是可以移动 、 旋转物体 ， 改变他们的最初位置 ， 因为在 DEFORM-3D的前处理中不能造型 ， 所以这一项功能特别重要 ， 可以将输入到 DEFORM中的毛坯 、 模具几何模型进行调整 。 二是为了更快地将模具和坯料接触 ， 将他们干涉 ， 有一个初步的接触量 ， 这样计算上可以节省时间 。 另外 ， 还可以定义摩擦接触的关系 、 摩擦系数 、摩擦方式等 。机械工程系版权所有 翻印必究模拟参数的定义这里定义的参数 ， 主要是为了进行有效的数值模拟 。因为成形分析是一个连续

6、的过程 ， 分许多时间步来计算 ，所以需要用户定义一些基本的参数 ：1. 总步数 ： 决定了模拟的总时间和行程 ；2. 步长 ： 有两种选择 ， 可以用时间或每步的行程 ；3. 主动模具 ： 选择物体的编号 ；4. 存储步长 ： 决定每多少步存一次 ， 不要太密 ， 否则文件太大 ；5机械工程系版权所有 翻印必究1.1 创建一个新的题目1. 开始 程序 DEFORM3D 5.0DEFORM-3D， 进入 DEFORM-3D的主窗口 。2. File New Problem或 在主窗口左上角点击按钮3. 在接着弹出的窗口中默认进入普通前处理 （ Deform 3D-preprocessor）4.

7、 接下来在弹出的窗口中用第四个选项 ”Other Place”选择工作目录然后点击 “Next”5. 在下一个窗口中输入题目的名称(Problem name) BLOCK 点击 Finish机械工程系版权所有 翻印必究1.1 创建一个新的题目前处理操作窗口由图形显示窗口 、 物体参数输入窗口 、 物体显示及选择窗口以及各种快捷按钮组成 。6机械工程系版权所有 翻印必究1. 点击按钮 进入模拟控制参数设置窗口 。2. 在 Simulation Title一栏中把标题改为 BLOCK。3. 设置 Units为 English， Deformation选项为 Yes， 其它模拟选项均为 No。4.

8、点击 OK按钮 ，返回到前处理操作窗口 。1.2 设置模拟控制参数机械工程系版权所有 翻印必究1. 在前处理的物体操作窗口中点击按钮 ， (Geometry) 然后再选择 (Import ) 选择在 CAD中或其他 CAE软件中的造型文件 。本例中选择安装目录下 DEFORM3D V5.0Labs 的 Block_Billet.STL2. 在 DEFORM3D v5.0的版本中 ， 默认第一个物体是工件 （ 毛坯 ） 所以物体属性默认为 Rigid-plastic1.3 导入毛坯几何文件7机械工程系版权所有 翻印必究对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体 (Rigid)材料 ， 需要划分有限元

9、网格1. 点击按钮 进入网格划分窗口 ；2. 可以在网格数量输入框中输入单元数或用滑动条来设定 。 在本例中 ， 默认为8000(在 DEFORM3D中只能划分四面体网格 ， 如果你想用六面体网格可以点击按钮 Import， 输入 IDEAS或 PATRAN的网格 )3. 点击下面的按钮 Preview可以预览 ， 如果满意 ， 可以点击按钮 Generate Mesh来生成网格1.4 划分网格机械工程系版权所有 翻印必究利用工具栏窗口中的快捷按钮可以方便地进行各种视图观察操作 ， 下面仅举几个例子 ， 用户可以将鼠标放置在每个按钮上 ， 自动会出现提示 。1. 动态缩放2. 窗口缩放3. 移

10、动4. 自由旋转 沿 X轴旋转沿 Y轴旋转 沿 Z轴旋转5. 视角选择等轴视图 XY平面视图XZ平面视图 YZ平面视图1.5 视图观察操作8机械工程系版权所有 翻印必究1. 点或面的选取工具点击工具栏上的 按钮 ， 在显示窗口可以选择物体的任意一节点或面2. 标尺工具点击工具栏上的 按钮 ， 点击物体上的任意一个节点 ， 并按住鼠标不放 ， 再选择另一个节点 ， 然后松开鼠标 。 连接这两点的一条线段和该线段的长度值就会显示在在显示窗口中 ， 直到用户点击 Refresh按钮 刷新 。1.5 点和面的选取机械工程系版权所有 翻印必究1.6 存盘退出1. 导入物体之后 ， 用户应该选择 File

11、Save as或 点击按钮 , 保存已有数据到一个 Keyword文件中 。2. 如果用户想直接进入 练习 02， 无需退出 。 否则 ， 在控制窗口中选择 FileQuit，而后单击 DEFORM-3D系统窗口中的 FileQuit ， 当被问及是否真的想退出时 ， 请选择 Yes。9机械工程系版权所有 翻印必究练习 02金属塑性成形的模具定位及前处理注 ： 若在完成练习 01后没有退出DEFORM-3D， 请直接跳至 2.2节机械工程系版权所有 翻印必究2.1 打开一个原有问题同练习 01， 启动 DEFORM， 进入 DEFORM-3D主窗口后 ， 改变当前工作路径到上次所存放 BLOC

12、K文件所在的目录 ， 点击右上角 Pre Processor， 进入前处理窗口10机械工程系版权所有 翻印必究1. 本练习中 ， 我们将要导入上下模具的几何文件 。 在前处理控制窗口中点击增加物体按钮 Inter Objects 进入物体窗口 。 可以看到在 Objects列表中增加了一个名为 Top Die的物体 。2. 在当前选择默认 Top Die物体的情况下 ， 直接选择 然后选3. 本例中选择安装目录下DEFORM3D V5.0Labs 的 Block_Top Die.STL2.2 导入模具文件机械工程系版权所有 翻印必究2.2 导入模具文件4. 重复 1-3， 导入下模的几何文件

13、， 系统会自动命名该物体为 Bottom Die， 相应的STL文件为 ./deform/3d/v50/LIBS/Block_BottomDie.STL。 最后我们可以在显示窗口中看到上下模以及练习 01中导入的金属体 。11机械工程系版权所有 翻印必究1. 首先在物体列表中选中 Top Die。在预处理的控制窗口中点击按钮Movement， 进入物体运动参数设置窗口 。2. 在物体窗口的物体列表中 ， 选中TOP_DIE， 点击 Movement按钮 。3. 在运动控制窗口中 ， 设置参数Direction为 -Z， Speed为 1.2.3 设置上模的运动参数机械工程系版权所有 翻印必究由

14、于某些材料属性与温度相关 ， 所以即使在整个模拟过程中温度并不变化 ， 仍需要给物体设置一适当的温度值 ， 否则可能得不到正确的模拟结果 。 在物体窗口中选中 1号物体 Workpiece， 点击 General按钮 ， 在弹出的输入物体温度窗口中 ， 输入 70(单位华氏摄氏度 )2.4 设置物体温度12机械工程系版权所有 翻印必究对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体 (Rigid)材料 ， 必须按需要设置材料的属性 。1. 在物体列表窗口中选择 Workpiece2. 在前处理控制窗口中 ， 点击Material Properties按钮3. 在材料属性窗口中 ， 点击标签Library

15、， 选择System LibrarySteelAISI 1045 Cold 4. 点击按钮2.5 设置材料属性机械工程系版权所有 翻印必究在 DEFORM中 ， 虽然不可以直接进行几何造型 ， 但是可以通过旋转(Rotation ) 平移 (Translation) 修改物体的空间位置 。点击按钮 ,就可以进入到 Object Positioning窗口中 ， 进行操作 ， 本例中不涉及改变物体的空间位置 ， 在这里不赘述 ， 用户感兴趣可以操作 ， 与其他 CAD软件相似 ， 比较容易操作 。2.6 改动物体的空间位置13机械工程系版权所有 翻印必究1. 在前处理控制窗口的右上角点击Inte

16、r Object 按钮 ， 会出现一个提示 ， 选择 Yes 弹出 Inter Object窗口 。2. 定义物间从属关系 ： 在 v5.0中 ， 系统会自动将物体 1和后面的物体定义为从属关系 （ Slave-Master）， 即软的物体为 Slave， 硬的物体设为Master2.7 定义物间关系机械工程系版权所有 翻印必究1. 点击按钮 ， 进入新的窗口2. 选择剪切摩擦方式 Shear ， 输入常摩擦系数 constant， 如果你对具体的摩擦系数没有概念 ， 可以选择工艺种类 ， 例如 ， 本例中的冷锻 Cold Forming用的是 Steel Die， 摩擦系数系统会设为 0.12， 点击 Close按钮 ， 关闭窗口3. 回到 Inter Object窗口后选择第二组4. 重复 1-2的操作 ， 将 Bottom Die和 Workpiece的摩擦系数也设为 0.125. 也可以在第 2步后 ，