材料成型计算机模拟实验报告模板(2015)

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12材控（1）.姓名许创.学号1210121050.2015年11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。（一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200×200×20mm，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，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，%1100150010004021001500.4100040砧板工件锤头图1圆柱体压缩过程模拟3100280010004041002800.4100040（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stl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，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DEFORM5.03FileNewProblemNext在ProblemName栏中填写“Forging”Finish进入前前处理界面；单位制度选择：点击SimulationConrol按钮Main按钮在Units栏中选中SI(国际标准单位制度)在Mode栏中选中Deformation和HeatTransferOk按钮。添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”、“topdie”、“bottomdie”。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（塑性）点击AssignTemperature按钮填入温度700℃点击OK按钮；在对象树上选择topdie点击General按钮选中Rigid选项（刚性）点击AssignTemperature按钮填入温度20℃点击OK按钮勾选PrimaryDie选项（定义为extusiondummyblock主动工具）如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选PrimaryDie选项）。调整对象位置关系：在工具栏点击ObjectPositioning按钮进入对象位置关系调整对话框根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系点击OK按钮完成(制图时位置关系已按要求定义，此处可省去)；模拟控制设置：点击SimulationConrol按钮Main按钮在SimulationTitle栏中填入“tubleextrusion”或“stickextrusion”在OperationTitle栏中填入“deformheattransfer”选中SI选项，勾选“Defromation”选项，点击Stemp按钮在NumberofSimulationStemps栏中填入模拟步数StempIncrementtoSave栏中填入每隔几步就保存模拟信息在PrimaryDie栏中选择extusiondummyblock（以挤压垫为主动工具）在WithConstantTimeIncrement栏中填入时间步长点击OK按钮完成模拟设置；实体网格化：在对象树上选择workpiece点击Mesh在NumberofElements卡上填入需要的网格数10000点击GenerateMesh工件网格生成；说明：工模具不作分析，可以不进行网格划分。设置对象材料属性：在对象树上选择workpiece点击Meterial点击other选择DIN-CuZn40Pb2点击AssignMeterial完成材料属性的添加；设置主动工具运行速度：在对象树上选择topdie点击Movement在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项在Directiont选中主动工具运行，如-Y在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant，填入速度值，如1000mm/s；工件体积补偿：在对象树上选择workpiece点击Property在TargetVolume卡上选中Active选项点击CalculateVolumer按钮点击Yes按钮勾选Compensateduringremeshing。边界条件定义：在工具栏上点击Inter-Object按钮在对话框上选择workpiece—topdie点击Edit按钮点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项，填入摩擦系数0（0.4）点击Close按钮如此重复，依次设置其它接触关系（若其他边界条件均一致可点击Applytootherrelations）点击Generateall按钮点击OK按钮完成边界条件设置；保存k文件：在对象树上选择extrusionworkpiece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Databasegeneration按钮在Type栏选中New选项选择路径（英文）填入数据库文件名（英文），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退出前处理程序在工具栏上点击Exi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。2.3后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击forging.DB文件在PostProcessor栏中单击DEFORM-3DPost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MaxStress，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MaxStrain，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LoadStroke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PointTracking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3.1观察工件变形过程下面是四组方案的工件变形情况，分别前两组取模拟步数为第-1、16、30和40为研究对象，后两组取模拟步数-1,24,50和75为研究对象如下图1、2、3和4所示；有摩擦系数的两组坯料压缩后呈单鼓形，由于坯料上下端受到锤头和砧板的摩擦力的作用，横向流动小，而坯料中间部分是自由变形，所以压缩后呈单鼓形。第1组：第2组：第3组：第4组3.2观察温度变化后处理中观察温度的变化云图如下图所示,点击播放按钮，前两组选择第40步查看温度变化情况，后两组选择第75步查看温度变化情况。在整个挤压过程中，坯料整体的温度变化不大为700℃左右，因为在室温（20℃）条件下且工件中心不与空气和挤压模具接触，散热和传热都较少，故温度变化不大，即方案1、2、3和4温度变化幅度较小。12343.3观察最大应力分布后处理中观察最大应力云图如下图6所示,前两组选择第40步查看最大应力分布情况，后两组选择第75步查看最大应力分布情况。比较方案1与2、3与4，无摩擦时最大应力分布均匀而有摩擦时最大应力分层分布且最外层应力最大；这是因为有摩擦力时在圆柱表面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。比较1与3、2与4，得知高度较短的坯料，其最大应力较小，这是因为压下量相对越小，产生的附加应力拉应力和附加压应力就越小，应力越小。12343.4观察最大应变后处理中观察最大应变云图如下图所示,点击播放按钮，前两组选择第40步查看最大应变分布情况，后两组选择第75步查看最大应变分布情况。比较方案1与2、3与4，无摩擦时的应变分布均匀而有摩擦时的应变呈分层分布且外层应变明显高于内层，这是因为无摩擦时，应变分布比较均匀，圆柱体处于一向压缩，两向拉伸状态，为自由变形应变分布均匀；有摩擦时圆柱分为三个变形区，为难变形区、自由变形区和易变形区，所以应变分层分布，其外层应力较大。比较方案1与3、2与4，压缩量相对较小时其应变较小，因为压缩相对较小时其变形小，进而产生的最大应变较小。12343.5观察破坏系数分布后处理中观察破坏系数云图如下图8所示,点击播放按钮，前两组选择第40步查看破坏系数分布曲线，后两组选择第75步查看破坏系数分布曲线，四组方案中的破坏系数都基本为零，也就是说四组方案的坯料破坏很小；这是因为我们压缩量都较小，变形小，坯料的不均匀变化小，变形抗力小。所以几组方案的破坏情况基本相同。但是比较1和2,3和4我们可以发现有摩擦情况下破坏明显。12343.6成型过程载荷曲线点击LoadStroke按钮，生成变形工具加载曲线图，如下图载荷曲线。在开始极短的时间内曲线呈垂直上升，此段属于弹性变形，变形均匀，载荷均匀增加；而后阶段呈缓慢的曲线上升，此段属于塑性变形，变形不均匀，载荷不均匀增加，随着挤压过程的进行，产生加工硬化，变形抗力增加，挤压力越来越大。分析四组方案，比较方案1与2、3与4，得知在有摩擦力的情况下需要的负载大，则所需的挤压力大，这是因为有摩擦力时，金属流动越来越困难，所需的挤压力也越大；但同时应该注意到3,4组负载变化不明显，主要是因为工件细长比较大，摩擦所引起的金属流动困难较1,2不明显。比较1与3、2与4，得知高度较短的坯料，需要的载荷大，则所需的挤压力大。12343.7点跟踪分析点击PointTracking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，下图每组依次表示跟踪点的最大应变、最大应力、温度、破坏系数相应的曲线图。第一组：18.6146001816E+0005.3014698029E+0001.7000000000E+00224.1790699005E+0012.6422399521E+0011.1008399963E+0023-1.9200999737E+0002.3593299866E+0012.0000000000E+001第二组：18.6146001816E+0005.3014698029E+0001.7000000000E+00224.1790699005E+0012.6422399521E+0011.1008399963E+0023-1.9200999737E+0002.3593299866E+0012.0000000000E+001第三组：18.6146001816