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1、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 专业班级 姓 名 学 号2012年04月23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技能,学会运用DEFORM软件分析压缩变形的变形力学问题.1.2 实验内容砧板工件锤头图1 圆柱体压缩过程模拟运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程.一压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸20020020mm,材质DIN-D5-1U,COLD,温度室温.工件：材质DIN_CuZn40Pb2,尺
2、寸如表1所示,温度室温.表1 实验参数序号圆柱体直径,mm圆柱体高度,mm摩擦系数,滑动摩擦锤头运动速度,mm/s压缩程度,%1100150012021001500.21203100250012041002500.2120二实验要求1运用AUTOCAD或PRO/e绘制各模具部件与棒料的三维造型,以stl格式输出；2设计模拟控制参数；3DEFORM前处理与运算参考指导书；4DEFORM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、应变与损伤值分布状态；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
3、版、模拟数据文件、日志文件.2 实验过程2.1工模具与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,topdie,bottomdie,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DEFORM6.1FileNew Problem Next在Problem Name栏中填写Forging Finish进入前处理界面.设置模拟控制：点击工具栏中Simulation Controls按钮Main按钮.在Simulation Title一栏中填入Forging.在Operation Nam
4、e一栏中填入deform.在Units栏中选中SI.在Mode一栏中只选Deformation.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点击General按钮选中Plastic选项点击Assign Temperature按钮填入温度为20点击OK按钮；选择Top Die点击General按钮选中Rigid选项点击Assign Temperature按钮填入温度为20点击OK按钮勾选Primary Die选项如此重复,定义其它工模具的材料模型不勾选Primary Die选项.导入毛坯几何文件
5、：分别选中Workpiece、Top Die、Bottom Die,在操作窗口中单击Geometry按钮Import Geo按钮,导入在CAD中事先画好的造型文件.调整对象位置关系：在工具栏点击Object Positioning按钮进入对象位置关系调整对话框根据锻压要求与实体造型调整相互位置关系点击OK按钮完成.实体网格化：在对象树上选择Workpiece点击 Mesh 选择Detailed Settings的General选项卡点击Absolute,Size Ratio改为3,Element Size选Min Element Size,设为3点击 Surface Mesh ,生成表面网格点
6、击Solid Mesh生成实体网络.设置对象材料属性：在对象树上选择Workpiece点击Material点击other选择DIN-CuZn40Pb21050-1400F点击Load完成材料属性的添加.设置主动工具运行速度：选择Top Die点击Movement在type栏上选中Speed选项在Direction选中主动工具运行,如-Z在speed卡上选中Define选项,其性质选为Constant,填入速度值为1mm/s.设置坯料边界条件：选中物体Workpiece单击Bdryd按钮选中Symmetry plane图标然后分别选中坯料的对称面单击添加按钮.工件体积补偿：选择Workpiece
7、点击Property在Target Volume卡上选中Active in FEM+meshing选项点击Calculate Volume按钮点击Yes按钮.设置模拟参数：点击工具栏中Simulation Controls按钮点击Step按钮在Number of Simulation Steps栏中填入模拟步数为30Step Increment to Save栏中填入每隔2步就保存模拟信息在With Die Displacement栏中选Constant,填入1点击OK按钮完成模拟设置.边界条件定义：点击Inter-Object按钮在对话框上选择WorkpieceTop Die点击Edit按钮
8、点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项,填入摩擦系数为0 点击Close按钮如此重复,依次设置其它接触关系 点击Generate all按钮 点击Tolerance 按钮点击OK按钮完成边界条件设置.保存k文件：选择Workpiece点击Save按钮点击保存按钮保存工件的前处理信息重复操作,依次保存各工模具的信息.2.2.2 生成库文件在工具栏上点击Database generation按钮 在Type栏选中New选项选择路径填入数据库文件名为forging 点击Check按钮没有错误信息则点击Generate按钮完成模拟数据库的生成.2.2.3
9、退出前处理程序在工具栏上点击Exit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文件单击Run按钮,进入运算对话框单击Start按钮开始运算单击Stop按钮停止运算单击Summary,Preview,Message,Log按钮可以观察模拟运算情况.2.2.5重复操作按表格1所列的另外三种情况,改变摩擦系数跟坯料高度再做三次模拟操作.2.3 后处理模拟运算结束后,在主控界面上单击forging.DB文件在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；方案一变
10、形过程方案二变形过程方案三变形过程方案四变形过程图2 四种方案的变形过程2） 观察最大应力分布：在状态变量的下拉菜单中选择Stress Max principal,点击播放按钮查看成型过程中最大应力分布与其变化情况；3） 观察最大应变分布：在状态变量的下拉菜单中选择Strain Total- Max principal,点击播放按钮查看成型过程中最大应变分布与其变化情况；4） 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；5） 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,并保存图
11、表的数据；6） 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、破坏系数,保存相应的曲线图.3 实验结果与分析3.1观察最大应力分布图3 方案一高度150；摩擦系数0 图4 方案二高度150；摩擦系数0.2图5 方案三高度250；摩擦系数0图6 方案四高度250；摩擦系数0.21比较图2和图3的颜色分布并在每个区域随机用鼠标点击一些点查看最大应力值,可以看出：摩擦系数为0时,坯料各部分应力分布较均匀,处于三向压应力状态,为均匀变形.摩擦系数为0.2时,坯料各部分应力分布不均匀：圆柱体
12、端部的接触面附近处于强烈的三向压应力状态；在与垂直作用力轴线呈45交角的区域也处于三向压应力状态,但应力值较前者较小；在与垂直作用力轴线呈45交角的区域径向向外的区域里,最大应力逐渐由压应力变为拉应力,该区域为二压一拉应力状态.该坯料的变形为不均匀变形.原因：镦粗时,由于受到接触表面摩擦力的影响,会使接触表面附近的金属变形受阻.而接触表面摩擦力的影响,沿径向由侧边向中心逐渐增强,沿高度方向由端面向中心逐渐减弱,故产生不均匀变形.为了保持物体完整性,会出现附加应力,从而改变物体的应力状态.2比较图4和图5,其与图2和图3应力分布情况相似.再比较图2和图4,可以看出：不同高度,在相同压下量下,应力
13、分布同样较均匀,但最大应力的大小有所差异.最后比较图3和图5可以看出：不同高度,在相同压下量下,不均匀变形所对应的各个区域的体积跟最大应力大小都有所差异.综上,高度对均匀变形和不均匀变形的应力状态同样有影响.3.2观察最大应变分布图7 方案一高度150；摩擦系数0图8 方案二高度150；摩擦系数0.2图9 方案三高度250；摩擦系数0图10 方案四高度250；摩擦系数0.21比较图6和图7的颜色分布并在每个区域随机用鼠标点击一些点查看最大应变值,可以看出：摩擦系数为0时,坯料各部分应变分布较均匀,为均匀变形.由于坯料在轴向上的为压缩变形且变形量为0.2,根据体积不变定律并参照图中最大应力值,可
14、知该坯料在径向和周向均为拉伸变形,所以该坯料处于一向压缩两相拉伸应变状态.观察变形前后的坯料形状,还可以发现其形状在变形前后相似,这点符合均匀变形的特点.摩擦系数为0.2时,坯料各部分应变分布不均匀：位于圆柱体端部接触面附近,由于受接触面摩擦影响较大,且远离与垂直作用力轴线呈大致45交角的最有利滑移区域,在此区域内产生塑性变形较为困难,为难变形区；处于与垂直作用力大致为45交角的最有利变形区域,且受摩擦影响较小,因此在此区域内最易发生塑性变形,为易变形区.处于易变形区四周的区域,其变形量介于难变形区与易变形区之间,为自由变形区.观察变形前后的坯料形状,便可以发现其形状在变形后呈单鼓形,这正是由于不均匀变形.2比较图8和图9,其与图6和图7应变分布情况相似.再比较图6和图8,可以看出：不同高度,在相同压下量下,应变分布同样较均匀,但最大应变的大小有所差异.最后比较图7和图9可以看出：不同高度,在相同压下量下,不均匀变形所对应的各个区域的体积跟最大应变大小都有所差异.综上,高度对均匀变形和不均匀变形的应变状态同样有影响.3.3观察破坏系数分布 图11 方案三高度250；摩擦系数0 图12 方案二高度150；摩擦系数0.2 图13 方案三高度250；摩擦系数0图14 方案四高度250；摩擦系数0.2由上面四幅图可以看出,破坏系数均为0.说明在此镦粗过程中,晶格畸变不是很严
