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1、0铜陵学院铜陵学院 DEFORM 课程论文课程论文(设计设计)论文题目：论文题目：DEFORM有限元分析系统有限元分析系统及其在加工中的应用及其在加工中的应用姓姓 名：名： 陈陈 伟伟 学学 号：号： 0910121007 系系 别：别： 机械工程系机械工程系 专专 业：业： 材材 控控 指导老师：指导老师： 张张 金金 标标 铜陵学院铜陵学院20122012 年年 4 4 月月 1DEFORMDEFORM有限元分析系统有限元分析系统及其在加工中的应用及其在加工中的应用摘要：摘要： 本文介绍了DEFORM有限元分析系统产生的历史背景、系统结构及其技术 特性,给出了DEFORM在加工中的一些应用
2、实例。有力地证明了deform强大、灵活 的处理功能。关键词关键词 DEFORM软件 有限元分0 0 引言引言随着现代经济的迅速发展, 制造业企业在新的历史条件下面临着更多的压力, 需要最大程度地减少研发、生产的成本。计算机辅助模拟技术就是在这一背景下产生的, 它为降低成本创造了条件, 并在实际生产中得到愈来愈广泛的应用。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, 不仅大大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, 而且有利于将有限元分析法和传统的实验方法结合起来, 从而推动模具现代制造业的快速发
3、展。1 1 DEFORMDEFORM简介简介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( DEFORM-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
4、产中变得愈来愈实用而可靠。2.12.1 DEFORMDEFORM的系统结构：的系统结构：DEFORM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、有限元模拟器、后处理器三大模块:(1) 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, 2建立边界条件, 它还包括有限元网格自动生成器;(2) 有限元模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘) 塑性、热传递于一体的有限元求解器;(3) 后处理器是将模拟结果可视化, 输出用户所需的模拟数据信息。DEFORM 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、压力模型、破裂准则和其他函数。2.2 DEF
5、ORM 的主要功能DEFORM用来分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用, 各种现象之间相互耦合。2.2.1 成形分析(1) 冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析, 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;(2) 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, 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题, 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形;(3) 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;(4)温度、应力、应变、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了。2.2.2 热处理(1) 模拟正火、退
6、火、淬火、回火、渗碳等工艺过程;(2) 预测硬度、晶粒组织、成分和含碳量;(3) 可以输入各段淬火数据来预测最终产品的硬度分布;(4) 可以分析各种材料晶相, 每种晶相都有自己的弹性、塑性、热属性和硬度属性。混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种金属的百分比。3 3 DEFORMDEFORM的技术特性的技术特性为了真实地描述塑性成形过程, 一个完整的模拟系统必须处理好有限元中的一些关键技术, 同时还得综合考虑现场实际生产条件。DEFORM你的一系列技术特性有效地解决了上述两个问题。这些技术特性具体表现在以下几个方面:(1) 网格自动生成及其再划分DEFORM以严格控制体积损失和保证场量的有效
7、继承为准则, 具备一个高度自动化智能化的网格划分及其再划分的生成器。从而保证了模拟过程的顺利进行, 无须人工干预。( 2) 分析对象的多元化DEFORM将参与成形的物体均作为分析对象, 即可以分析变形体的塑性成形过3程及其残余应力, 又可以分析模具的应力、弹性或弹塑性变形。( 3) 多工步成形DEFORM将多工步成形问题的各个预成形及终成形工步进行有效安排,依次进行模拟并自动实现工步间物理信息的相互传递。( 4) 成形缺陷的预测DEFORM 建立了较为完善的质点脱模及材料断裂准则, 可以有效预测表面折叠、缩孔、表面裂纹、内部裂纹等常见成形缺陷。( 5) 模拟结果分析DEFORM不但提供常规的网
8、格、等值线、等色面等图形显示工具, 而且还配备载荷行程曲线、质点场量跟踪、试件格线变形跟踪等塑性加工专用处理工具。( 6) 成形设备的多样化DEFORM提供了分别适用于机械压力机、液压机、摩擦压力机、螺旋压力机、锤上锻造等常用塑性加工设备的模具运行方式。( 7) 材料库的建立DEFORM建立了150 多种常见的金属、非金属材料数据库, 同时允许用户定义自己的材料流动应力模型及材料属性系数。( 8) 平面向空间的发展近年来, 在逐渐完善二维模拟系统的同时,DEFORM致力于三维模拟系统的开发, 以满足对复杂塑性加工过程模拟的需要。目前,DEFORMTM 一3 D 日趋成熟, 已进入使用阶段。(
9、9) 数据接口DEFORM 同CAD/CAM系统建立了IGES和STL等通用数据接口, 同AMG、IDEAS和PATRAN等有限元网格生成器建立了专用的数据接口。( 10) 运行平台的多样化为了满足不同规模、不同经济实力的用户的需要,DEFORM 脚系统具有分别适用于工作站和PC机运行的版本。4 4实例应用实例应用为了验证DEFORM软件的模拟精度及效率, 建立了铝球壳热拉深2维及3 维模型 ( 图1) , 4图1 铝球壳热拉深2D 及3D 模型采用热力耦合刚粘塑性有限元法进行模拟, 摩擦模型采用常摩擦模型, 得到了图2 所示的模拟结果。图2 2D 及3D 模拟结果同时, 我们还进行了工艺试验
10、,在整个成形过程中测量了坯料底部8 个行程段的温度。图3 是试验值与模拟值的对照, 误差在0% 4. 1% 之间。图3 温度曲线对照( 测量图1 中a 点)试验结束后, 测量与水平线不同夹角处的成形壁厚, 表1 是实测值与模拟值的对照。 2D 的误差在0. 7%3. 7% 之间, 3D 的误差在1. 7% 8. 6% 之间。为了对比DEFORM 与通用有限元仿真软件的计算效率, 我们用MARC 软件对铝球壳2D 模型进行了计算, 其运算时间对比如表2。5表表1 1 壁厚对照表壁厚对照表 表表2 2 模型网格数及运算时间对照模型网格数及运算时间对照与水平线 夹角04590模型单元 数计算时间/h
11、实测值46.5 45. 749. 2有限元软件2D 2D 2D 模拟值46. 13345. 41247. 399MARC214074. 83D 模拟值44.23145.6744. 951DEFORM50671. 3从本例可以看出, DEFORM 的计算精度是比较高的, 运算效率也大大优于MARC 等通用有限元软件。5 5结束语结束语通过DEFORM计算机辅助模拟技术在锻造工艺过程的应用, 可以有效的解决加工制造业在产品研发过程中存在的许多问题, 其主要优点:DEFORM界面操作方便, 前后处理功能好, 专用性强, 计算效率高, 模拟精度较高, 可用于实际生产的工艺分析及模具设计; DEFORM为工艺员提供了一个方便可靠的设计环境, 工艺人员可以直接看到模拟结果, 随时调整工艺参数、修改模具, 直至得到比较理想的结果, 达到事半功倍的效果。参考文献参考文献1 胡建军 李小平 DEFORM-3塑性成形CAE应用教程 北京出版社 20112 谢水生 李雷 金属塑性成形的有限元模拟技术及应用 北京科学出版社, 20083 周朝辉, 曹海桥, 吉卫, 等. DEFORM 有限元分析系统软件及应用
