铜陵学院课程实验报告实验名称 圆柱体压缩过程模拟实验课程 材料成型计算机模拟 指导教师 张 金 标专业班级 09材控（1） .姓 名 万伟 学 号 0910121059 2012年04月29日实验一圆柱体压缩过程模拟1实验目的与内容1.1实验目的进一步熟悉AUTOCAD或PRO/E实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM软件的前 处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM软件分析压缩变形的变形力学问 题1.2实验内容运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程锤头工件砧板图1圆柱体压缩过程模拟（一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200X 200X 20mm，材质DIN-D5-1U,COLD，温度室温工件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表1所示，温度室温表1实验参数序号圆柱体直径，圆柱体高度，摩擦系数，滑 动摩擦锤头运动速度，mm/s压缩程度，%mmmm1100150012021001500.21203100250012041002500.2120（二）实验要求（1）运用AUTOCAD或PRO/e绘制各模具部件及棒料的三维造型，以st格式输 出;（2） 设计模拟控制参数；（3） DEFORM前处理与运算（参考指导书）；（4） DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖 分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；（5） 比较方案1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后 的形状差别，说明原因；（6） 提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。
2实验过程2.1工模具及工件的三维造型根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的 几何实体，文件名称分别为workpiece， top die，bottom die，输出STL格式2.2压缩过程模拟2.2.1前处理建立新问题：程序 TDEF0RM-3D Ver 6.1TFileTNew Problem— NextT在 Problem Name栏中填写“Forging" T FinishT进入前前处理界面；单位制度选择：点击Simulation Control按钮TMain按钮T在Units栏中选中SI （国际标准单位制度）添加对象：点击 +按钮添加对象，依次为“workpiece"、“top die"、“bottom die"定义对象的材料模型：在对象树上选择workpiece T点击General按钮T选中 Plastic选项（塑性）T点击Assign Temperature按钮T填入20t点击OK按钮；在对 象树上选择top die T点击General按钮T选中Rigid选项（刚性）T点击OK按钮T 勾选Primary Die选项T如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选Primary Die 选项）。
实体网格化：在对象树上选择workpieceT点击Mesh （采用绝对划分）T点击 Detail SettingsT选择 AbsoluteT将 Min Element Size 中数据改为 3t点击 Surface MeshTSolid Mesh，工件网格生成；工件体积补偿：在对象树上选择workpieceT点击PropertyT在Target Volume卡 上选中Active选项T点击Calculate Volume按钮T点击Yes按钮设置对象材料属性：在对象树上选择workpieceT点击Material右边；Load material from libraryT点击 otherT选择 DIN-CuZn40Pb2T点击了 Load 完成材料属性 的添加；同理应用于top die，bottom die材料的添加设置主动工具运行速度：在对象树上选择 top die T点击 MovementT在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项T在Direction选中主动工具运行，选 择-Zt在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant value，填入速度值， 1mm/s；步数和步长的设定：在工具栏上点击Simulation Control按钮T点击Step，在 Number of Simulation Steps 右格中填入 30TStep Increment to Save 格中输入 3t点击 With die Displacement，输入1mm。
后面三个实验根据实际设定步数及步长）边界 Inter-Object按钮T在对话框上选择workpiece一top dieT点击 Edit 按钮T点击 Deformation 卡 Friction 栏上选中 Shear 和 Constant 选项，填入摩擦系数0 （—般默认是0） T点击Close按钮T点击Apply to other Relations,点击Generate all按钮T点击OK按钮完成边界条件设置；2.2.2生成库文件在工具栏上点击Database generation按钮T点击Check按钮T没有错误信息则 点击Generate按钮T完成模拟数据库的生成2.2.3退出前处理程序在工具栏上点击Quit按钮，退出前处理程序界面2.2.4模拟运算在主控程序界面上，单击项目栏中的forging.DB文件T单击Run按钮，进入运 算对话框2.3后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击forging.DB文件T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。
3实验结果与分析以下实验（a）方案代表高度为150mm、摩擦系数为0；（b） 方案代表高度为150mm、摩擦系数为0.2；（c） 方案代表高度为250mm、摩擦系数为0；（d） 方案代表高度为250mm、摩擦系数为0.2；3.1圆柱体压缩变形大致过程Step -1Step 9Step 151(Step 21Step 30n n(a)高度为150mm、摩擦系数为0压缩变形过程Step -1 Step 6 Step 15 Step 21 Step 30(b)高度为150mm、摩擦系数为0.2压缩变形过程Step -1 Step 10 Step 20 Step 30 Step 40 Step 50(c)高度为250mm、摩擦系数为0压缩变形过程Step -1 Step 10 Step 20 Step 30 Step 40 step 50(d)高度为250mm、摩擦系数为0.2压缩变形过程图2 (a)、(b) (c) (d)四种方案的压缩变形过程从上图2中对比可以明显看出方案（a）与方案（c）在压缩过程中都是均匀变 形，未出现鼓形轮廓，而方案（b）与方案（d）在压缩过程中出现不均匀变形，圆 柱体四周出现鼓形轮廓。
由此可知圆柱体在镦粗时除受变形工具的压缩力外，在与 工具接触的端部还受接触摩擦力的作用，由于接触摩擦力阻碍金属质点横向流动， 使圆柱体在镦粗时产生鼓形对比方案（c）、（d），即在有摩擦条件下（摩擦系数相 等），当H/d <2比H/d>2出现的单鼓形较为明显3.2最大应力比较Step 30Stress - Max principal (MPa)2.24Step 30Stress - Max principal (MPa)2.240.668-0.9050.668-0340w-0.905-2.48-2.48-2.48 Min-2.48 Minz 2.24 Maxz 2.24 MaxYY（a）高度为150mm、摩擦系数为0Step 30Stress - Max principal (MPa)9.42Step 30Stress - Max principal (MPa)9.42-26.9-63.3-26.9-63.3-99.6-99.6-99.6 Min-99.6 MinZ 9.42 MaxZ 9.42 MaxStep 50（b）高度为150mm、摩擦系数为0.2Stress - Max principal (MPa)1.37Step 50Stress - Max principal (MPa)1.370.405-0 561-1.530.405-0.561-1.53-1.53 Min-1.53 Min1.37 Max1.37 MaxY5.22-15.3-35.El-56.3Step 50 Step 50Stress - Max principal (MPa)5.22-56.3 Min z 5.22 Max5.22 MaxStress - Max principal (MPa)-5B.3 Mm（d）高度为250mm、摩擦系数为0.2图3 （a）、（b）、（c）、（d）四种方案的最大应力分布观察下图3 （a）、（b）、（c）、（d）四种方案的最大应力分布（1） 高度相同，接触摩擦系数不同：① 由上图3中对比方案（a）和方案（b）,圆柱体表面及内部最大应力分布截然 不同。
方案（a）中最大应力2.24Mpa （最大拉应力），最小应力为-2.48Mpa （最大压 应力），而最大应力主要分布在圆柱体的表面以及接触面的边缘处，内部应力分布比 较均匀，主要为压应力，分布比较均匀方案（b）中最大应力为9.42Mpa,最小应 力为-99.6Mpa,最大应力主要位于圆柱体的表面以及靠近表面处，此区由于环向（切 向）出现附加拉应力使其应力发生变化，环向拉应力越靠近外层越大，而径向压应 力越靠近外层越小最大压应力位于圆柱体上下断面的圆心处，压应力延径向逐渐 减小，在应力图中呈现出同心圆；延轴线向内呈锥形逐渐减小由于圆柱体端部的 接触面附近，受接触摩擦的影响较大，在原理与垂直面的作用力轴线呈大致45度交 角的易产生划一的，在此区域产生塑性变形较为困难，具有强烈的三向压应力状态② 比较方案（c）和方案（d）,方案（c）中最大应力为1.37Mpa,最小应力为 1.53Mpa,最大拉应力主要分布在圆柱体的表面，最小应力即最大压应力一小点区域 分布在圆柱体表面，应力分布。