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DEFORM-3Dv6.1基本操作指南材料科学与工程系2010年4月DEFORM系列软件是由美国的科学成形技术公司（ScienceFormingTechnologyCorporation）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。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（二维）DEFORM-3D（二维）DEFORM-HT（热处理）DEFORM-PC（微机版）DEFORM-F2（2D简化版本）DEFORM-F3（3D简化版本）DEFORM系列软件简介DEFORM通过在计算机上模拟整个加工过程，可以帮助工程师和设计人员：1、设计工具并模拟工艺流程，减少昂贵的现场试验成本；2、提高模具设计效率，降低生产和材料成本；3、缩短新产品的研究开发周期。DEFORM-3D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统（FEM），专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维（3D）流动，提供极有价值的工艺分析数据，及有关成形过程中的材料和温度的流动。DEFORM-3D可以应用于金属成形的冷加工、热加工等工艺。DEFORM-3D的典型应用：拉深、锻造、挤压、压塑、冷镦、机加工、轧制、开坯、镦锻等。（更多相关应用请见）DEFORM-3D简介说明：1、DEFORM-3D软件不支持中文，因此文件夹及其模型文件中不能出现中文，否则无法读取。2、DEFORM-3D不具备三维造型功能，所以该软件所用模型均在其它三维软件中建立。3、DEFORM-3D软件操作环境的坐标与Pore、UG软件中默认的坐标系相同。所以在创建模型的时候最好把位置关系安排好，这样调进来的模型比较容易调整。4、使用有限元软件时，要养成分析每个问题创建新的文件夹的习惯。因为打开DEFORM-3D软件，其默认安装目录下会自动生成一文件夹，所作模拟都会放置在该文件夹下，不便于管理。金属塑性成形的前处理DEFORM-3D软件的模块结构是由前处理器、模拟处理器、后处理器三大模块组成。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(步骤)：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6、数据库文件的生成一、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。.stl格式文件的生成Pore软件建模完成后以.stl格式保存副本，然后将“偏差控制”中的“弦高”和“角度控制”两个参数设为“0”后便可生成。UG软件建模完成后可以直接以.stl格式形式文件导出。二、网格划分DEFORM软件是有限元系统（FEM），所以必须对所分析的工件进行网格划分。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，但不至于在变形剧烈的部位产生严重的网格畸变。三、材料定义DEFORM自带材料模型包含有弹性、弹塑性、刚塑性、热弹塑性、热刚粘塑性、粉末材料、刚性材料及自定义材料等类型，并提供了丰富的开方式材料数据库，包括美国、日本、德国的各种钢、铝合金、钛合金、高温合金等250种材料的相关数据。在使用时，我们可以直接从材料库提取所需要的材料。用户也可根据自己的需要定制材料库。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。四、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。五、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、主模具：选择主运动模具。4、存储步长：决定每多少步存一次，不要太小，否则文件太大。实例操作一——锻压模拟1.双击桌面DEFORM-3D图标，进入DEFORM-3D的主窗口。2.File—NewProblem或在主窗口点击如图所示按钮。3.在接着弹出的窗口中默认进入普通前处理（Deform3D-preprocessor）。4.接下来在弹出的窗口中用第四个选项“OtherPlace”，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(Problemname)BLOCK点击Finish。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。图形显示窗口物体参数输入窗口物体显示窗口物体选择窗口一、设置模拟控制方式及模拟名称1.点击按钮进入模拟控制参数设置窗口。2.在SimulationTitle一栏中把标题改为BLOCK。3.设置Units为English，勾选Deformation选项。4.点击OK按钮，返回到前处理操作窗口。在模拟控制窗口中的main选项下可以设置：1、单位制1）、SI：国际单位制2）、English：英制注：deform软件允许用户调入模型后再设置单位。2、设置模拟方式主要有1）、拉格朗日增量模拟方式；2）、稳态机加工模拟方式；3）、稳态挤压加工模拟方式；注：一般模拟问题应该选择增量模拟方式，如果用户模拟的是车削或拉伸过程，并且使用欧拉求解方法，则选用稳态模拟方式。注：求解方式的设定在菜单下设置。典型的模拟一般在默认的情况下便可计算的很好。3、设置模拟类型1）、deformation：变形模拟2）、heattransfer：传热模拟3）、transfmation：相变模拟4）、diffusion：扩散模拟5）、grain：晶粒度模拟6）、heating：热处理模拟二、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)，然后再选择(ImportGeometry)，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\V6.1\Labs的Block_Billet.STL。）2.在DEFORM3Dv6.1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。注意：在输入几何体后，必须检查输入的对象是否出现问题，检查方法如下：1）、点击按钮，查看弹出的对话框。对于一个封闭的几何体，必有1个面，0个自由边，0个无效的实体。2）、外法线方向的检查。点击按钮查看对象的外法线是否指向对象外。如果方向反了，点击按钮。三、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GenerateMesh来生成网格。注：1）preview只划分元件表面;2）generatemesh即划分表面单元又划分体单元。（具体网格划分总类见后面）四、导入模具文件1.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InterObjects…进入物体窗口。可以看到在Objects列表中增加了一个名为TopDie的物体。2.在当前选择默认TopDie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\V6.1\Labs的Block_TopDie.STL4.重复步骤1-3，导入下模的几何文件，系统会自动命名该物体为BottomDie，相应的STL文件DEFORM3D/v6.1/LabS/Block_BottomDie.STL。最后我们可以在显示窗口中看到上下模以及上面导入的金属体。五、设置上模的运动参数1.首先在物体列表中选中TopDie在前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.在运动控制窗口中，设置参数Direction为-Z，Speed为1。六、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DEFORM3Dv6.1的版本中，默认工件温度为68°F。(修改温度的方式为在物体窗口中选中物体Workpiece，点击General按钮，然后点击按钮在弹出的输入物体温度窗口中，输入所需温度。)七、设置材料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Workpiec2.在前处理控制窗口中，点击中的按钮导出材料库。3.在材料选择窗口中，选择Steel选项中的AISI1045Cold4.点击按钮便可将材料导入。八、改变物体的空间位置在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(Offset)等方法来改变物体的空间位置。点击按钮,便可以进入到ObjectPositioning窗口中，进行操作。定位方式：1、offset：平移。2、interference：接触。3、rotational：旋转。4、drop：下落。5、drag：拖拉。在定位过程中，主要用到的是以接触方式进行定位，其主要的步骤为：选择定位物体——选择参考物体——选择前进方向——定义接触值——apply——ok。（“前进方向”指的是参考对象在需要移动的物体的那个方向，即移动物体趋近参考对象的方向）九、定义物间关系1.在前处理控制窗口的右上角点击按钮，会出现一个提示，选择Yes弹出InterObject窗口。2.定义物间从属关系：在v6.1中，系统会自动将物体1和后面的物体定为从属关系（Slave-Master），即软的物体为Slave，硬的物体设为Master。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ColdForming用的是SteelDie，摩擦系数系统会设为0.12，点击Close按钮，关闭窗口。3.回到InterObject窗口后选择第二组。4.重复1-2的操作，将BottomDie和Workpiece的摩擦系数也设为0.12（也可以在第2步后，点击按钮）切记在上述操作后，被定义的物体组之间并没有接触关系，只是定义了它们之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（接触容差）来定义的.在本例中，不必改动接触容差值，直接点击按钮GenerateAll生成接触关系。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