Deform-3D-培训教材

DEFORM-3DV5.0基本操作指南南昌航空大学材料学院王高潮2007.8.DEFORM软件简介DEFORM系列软件是由位于美国OhioClumbus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。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-HTModule•DEFORM-Tools练习01金属塑性成形的前处理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-DEFORM3D5.0–DEFORM-3D，进入DEFORM-3D的主窗口。2．File-NewProblem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(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Finish1.1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SimulationTitle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DEFORM3D\V5.0\Labs的Block_Billet.STL2．在DEFORM3Dv5.0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-plastic1.4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-Saveas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-3DPre，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Insertobjects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，直接选择后选择3．本例中选择安装目录下DEFORM3D\V5.0\Labs的Block_TopDie.STL2.2导入模具文件4．重复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TopDie。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MaterialProperties按钮3．在材料属性窗口中，点击标签Library，选择SystemLibrary-Steel-AISI1045Cold4．点击按钮Assignmaterial2.6改动物体的空间位置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ObjectPositioning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Interobject…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)，即软的物体为Slave，硬的物体设为Master2.7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0.125．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GenerateAll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SimulationControl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NumberofSimulationSteps:20；除非模拟意外终止，否则程序将运行至20步。设置SettheStepIncrementtoSave: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WithConstantDieDisplacement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DatabaseGeneration窗口中点击Generate按钮，如果其间没有发生错误，系统会弹出DatabaseGenerated消息窗口，点击OK按钮关闭此窗口。在DatabaseGeneration窗口的DataChecking一栏中绿色表示正常，红色表示严重错误必须纠正，黄色代表可能导致错误的警告信息。3．点击DatabaseGeneration中的OK按钮返回到前处理控制窗口。2.10存盘退出1．进行完上述的前处理后，用户应该选择File-Saveas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03，无需退出。否则，在控制窗口中选择File