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1、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软件己经成为国际上流行的金属加工数值模拟的软件之一。主要软件产品有： DEFORM-2D DEFORM-3D DEFORM-PC DEFORM-HT Module DEFORM-Tools,练习 01,金属塑
2、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。前处理主要包括： 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,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
3、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。,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。,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
4、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。 每一种材料的数据都可以与温度等变量相关。,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。,模拟参数的定义,这里定义的
5、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；,1.1 创建一个新的题目,1开始-程序- DEFORM3D 5 . 0 DEFORM-3D，进入DEFORM-3D的主窗口。 2File-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接下来在弹出的窗口中用第四个
6、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,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。,1.2 设置模拟控制参数,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。,1.3 导入毛坯几何文件,1在前处理的物体操作窗口中点击按钮 (Geometry),然后再
7、选择(Imput),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DEFORM3DV5.0 Labs的Block _Billet. STL,2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- plastic,1.4 划分网格,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ID EAS或PATRAN的
8、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 生成网格,1.5 视图观察操作,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 YZ 平面视图 XZ 平面视图,1.5 点和面的选取,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
9、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,1.6 存盘退出,1导入物体之后，用户应该选择File-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File -Quit, 而后单击 DEFORM-3D系统窗口中的 File-Quit，当被问及是否真的想退出时，请选择Yes。,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,2.1 打开一个原有问题,同练习01，启动
10、DEFORM，进入DEFORM-3D主窗口后，改变当前工作路径到上次所存放 BLOCK文件所在的目录，点击右上角PreProcessor中的DEFORM-3D Pre，进入前处理窗口,2.2 导入模具文件,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 Insert 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 后选择 3本例中选择安装目录下DEFORM3D V5.0 Labs的 Block_Top Die.STL,2.2 导入模具文件,4重复1-3，导
11、入下模的几何文件，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。,2.3 设置上模的运动参数,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.,2.4 设置物体温度,由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
12、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. 5 设置材料属性,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WorkPiece 2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，选择System Library-Steel- AISI 1045 Cold 4点击按钮Assign material,2.6 改
13、动物体的空间位置,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。,2.7 定义物间关系,1在前处理控制窗口的右上角点击 Inter 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
14、的物体为Slave，硬 的物体设为Master,2.7 定义物间关系,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0.12 5也可以在第2步后，点击按钮,2.7 定义物间关系,切记在上述操作后，被定义的物体组之间并没有接触关系，只是定义了他们之
15、间一旦接触后的摩擦系数，真正定义接触必须点击按钮 在这个操作后，互相接触的物体，Mater会自动与Slave发生干涉，互相嵌入这是为了更快地进入接触状态，节省计算时间，互相嵌入的深度，是由窗口中的Tolerace来定义的 在本例中，不必改动公差值，直接点击按钮 Generate All生成接触关系。,2.8 设置模拟参数,1在前处理控制窗口的右上角选择按钮 进入Simulation Control窗口 2选择左侧第二个选项Step进行模拟步数和步长的设定。 3设置Number of Simulation Steps:20；除非模拟意外终止，否则程序将运行至20步。设置 Set the Step
16、 Increment to Save: 2这里的意思是每2步保存一次，这是避免每步都保存，造成数据文件过大 4前面设置了20步，但每一步的含义还没有明确，在下面设置With Constant Die Displacement为0.13. 这个数值是根据变形体单元长度的1/3来估算的。一般模拟都用这个比例，比较容易收敛而且又不会浪费时间。这样上模将向下(- Z)运动1.6in 5. OK关闭该窗口,2.9 生成数据库文件,说明：有限元分析引擎把摸拟计算的结果写在数据库文件中，该文件需在前处理环节产生，此时一些摸拟信息(如材料属性、运动控制参数等)会被写入该文件。 1在前处理控制窗口点击 Database 按钮 2在弹出的Database Generation窗
