實驗課程名稱： 材料成型CAE實驗 實驗項目名稱DEFORM-2D軟件的操作與實例演練實驗成績實驗者專業班級組別同組者實驗日期11年12月9日第一部分：實驗預習報告（包括實驗目的、意義，實驗基本原理與方法，主要儀器設備及耗材，實驗方案與技術路線等）一、 實驗目的1） 了解認識DEFORM軟件的窗口界面。2） 了解DEFORM界面中功能鍵的作用。3） 掌握利用DEFORM有限元建模的基本步驟。4） 利用DEFOR模擬鑄造成型過程（包括Pre、Simulator、Post Processer）。二、 實驗原理DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統，用于分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝和熱處理工藝。通過在計算機上模擬整個加工過程，幫助工程師和設計人員： 設計工具和產品工藝流程，減少昂貴的現場試驗成本。 提高工模具設計效率，降低生產和材料成本。縮短新產品的研究開發周期。DEFORM-2D（二維）適用于各種常見的UNIX工作站平臺（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機平臺。可以分析平面應變和軸對稱等二維模型。它包含了最新的有限元分析技術，既適用于生產設計，又方便科學研究。三、 實驗步驟1DEFORM前處理過程（Pre Processer）1） 進入DEFORM前處理窗口。2） 了解DEFORM前處理中的常用圖標3） 設置模擬控制4） 增加新對象5） 網格生成6） 材料的選擇7） 確立邊界條件8） 溫度設定9） 凸模運動參數的設置10）模擬控制設定11）設定對象間的位置關系12）對象間關系“Inter-Object”的設定13）生成數據庫14）退出前處理窗口2DEFORM求解（Simulator Processer）3DEFORM后處理（Post Processer）1)了解DEFORM后處理中的常用圖標。2）步的選擇3）真實應變4）金屬流線5）載荷行程曲線第二部分：實驗過程記錄（可加頁）（包括實驗原始數據記錄，實驗現象記錄，實驗過程發現的問題等）一、前處理1. 進入DEFORM前處理窗口在安裝有WINdows操作系統和deform-2D軟件的系統中，單擊啟動軟件。選擇file|new，增加一個新問題，出現問題設置窗口。保持系統設置不變，單擊next按鈕，打開deform-2D前處理器，進入前處理環境。如圖所示：DEFORM前處理中常用的一些圖標如下：規定所有模塊控制和停止規范：規定對象材料性質：規定對象的對應關系 ：規定對象的摩擦關系 ：前處理完成后該菜單生成模擬所需的數據庫 ：退出前處理，返回DEFORM主控窗口 ：使所有對象以合適比例顯示在窗口中 ：返回上一個使用過的視圖 ：對當前窗口截圖，并保存為文件 ：顯示為無網格圖形 ：顯示為網格圖形 其他常用圖形請參考：材料成型CAD/CAM/CAE基礎-北京大學出版社出版表7-1。2. 設置模擬控制單擊圖標，打開“simulation control”窗口。在該窗口中改變模擬標題為newtrial，選擇系統單位為“SI”，其他默認為系統設置，單擊OK按鈕退出窗口。如圖所示：3. 增加新對象通過單擊對象樹下等插入對象按鈕，添加新對象workpiece，單擊按鈕，為新增對象建立幾何模型。單擊edit按鈕，出現一個空白表格，在表格中順序順序（逆時針）輸入各特征點等坐標X、Y、R。輸入完成后，單擊apply按鈕，將數據寫入系統，此時系統中將顯示所見圖形。再次單擊插入對象按鈕，插入上下模Top die、bottom die。如圖所示:4. 生成網格為了將workpiece生產網格，單擊mesh按鈕。在Tool標簽下對網格數量進行選擇，設置為2000，如圖4.1.1所示。在detailed settings中將Size Ratio設置為1.如圖所示：單擊Generate Mesh按鈕，生成網格如圖所示：5. 材料的選擇單擊“workpiece使其高亮顯示，單擊材料按鈕，右邊顯示材料選擇窗口，單擊steel，選擇材料AISI-10251800-2200F(1000-1200C)。單擊Assign Material按鈕，將所選材料導入到Workpiece中，如圖所示：6模擬控制設定單擊圖標，打開模擬控制窗口，再單擊step按鈕進入步控制，依次對各項進行設置，單擊ok退出：7.確立邊界條件單擊按鈕進入邊界條件選擇窗口，如圖所示單擊選擇按鈕，用鼠標選擇左上角第一點，繼續選擇左下角第二點，兩點選擇后，毛坯對稱中心軸將高亮顯示，這便是毛坯的邊界。邊界選好后，單擊按鈕，“Velocity”會出現“X，Fixed”，說明邊界條件已經確定。8.溫度設定次單擊“workpiece”、“Top Die”、“Bottom Die”中的general圖標，在“Temperature”中單擊Assign temperature按鈕，輸入合適的溫度值，單擊OK，使溫度確定下來9設置對象間的位置關系單擊按鈕，彈出如圖所示的窗口，在此窗口中可設定對象間的位置關系。單擊interference按鈕，顯示如圖所示的窗口。選擇Positioning Object為“Workpiece”，“reference”中選擇“Top Die”，在“Approach Direction”選擇方向為“Y”，單擊“Apply”按鈕，毛坯與凸模的位置關系就確定了。同理設置“Bottom Die” 在“Approach Direction”選擇方向為“-Y”，單擊“Apply”按鈕，毛坯與凹模的位置關系就確定了。10.對象間關系“Inter-Object”設定單擊按鈕，由于當前沒有設定關系，會彈出一個對話框詢問是否希望系統添加默認的關系，單擊Yes按鈕后，進入過盈對象關系設定窗口，如圖所示：選擇Top Die（1）workpiece，單擊Edit，將constantly選項設置為0.3，其他為系統默認設置即可，單擊close。同樣設置Bottom Die（1）workpiece。單擊圖標，然后單擊Generate All按鈕，毛坯與凸凹模的接觸即生成，單擊Ok退出。如圖所示：11.凸模運動參數的設置單擊“Top die”，待其高亮顯示后單擊Movement圖標，設定凸模的運動參數，如圖9.1所示：12生成數據庫單擊按鈕，出現如圖9.1所示的窗口，單擊Check按鈕，開始對各項數據進行檢查。檢查無誤后，單擊Generate按鈕生成數據庫。單擊Close按鈕，退出該窗口。10.退出前處理窗口單擊保存按鈕，關閉前處理窗口。二Deform求解1.打開一個預保存的問題2.求解，單擊Run，開始模擬，如圖所示：當模擬完成后，將在信息文件的末尾增加下列信息三 Deform后處理當模擬完成后，單擊“post processor”中的“Deform-2D Post”，彈出后處理窗口。這里我測量了鐓粗后鍛件底面半徑的變化單擊按鈕，然后鼠標先后點擊鐓粗后鍛件地面的兩斷點。如圖所示：根據設計的步數分四次跟蹤截取可以得到壓下量(mm)底面半徑(mm)最大半徑(mm)2560.9666.155063.4872.617567.8080.1510075.0089.41第三部分 結果與討論（可加頁）一、小結、建議及體會通過老師的講解和PDF的學習，初步運用了DEFORM進行簡易的應用，通過鐓粗的前處理和求解以及后處理，對DEFORM有了一個全面的認識，雖然只是材料成型方面的應用，沒有涉及到熱處理的學習，但感覺DEFORM很強大，如果能把AUTOCAD與DEFORM聯系在一起能使自己的學習更加全面。實驗課程名稱： 材料成型CAE實驗 實驗項目名稱正擠壓成型有限元模擬實驗成績實驗者劉濟東專業班級成型0801組別同組者實驗日期11年十二月11日第一部分：實驗分析與設計（可加頁）一、 實驗內容描述（問題域描述）1.比較不同凹模錐角對正擠壓金屬流動的影響 凹模錐角a分別為45度，60度，120度，180度2.研究變形溫度，摩擦因子和擠壓速度對正擠壓變形力的影響 1）比較不同變形溫度對正擠壓變形力的影響：20攝氏度，900攝氏度，1200攝氏度 2）比較不同摩擦因子m對正擠壓變形力的影響：0.10，0.15，0.20，0.25，0.3 3）比較不同擠壓速度對正擠壓變形力的影響：5mm/s，10mm/s，20mm/s，40mm/s，100mm/s二、 實驗基本原理與設計（包括實驗方案設計，實驗手段的確定，試驗步驟等，用硬件邏輯或者算法描述）1. 錐模角的比較（1） 以錐角為120度為例，記錄實驗步驟中的幾個重要截圖（1）在錐角為45度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：(2) 在錐角為60度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：(3)在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：(4)在錐角為180度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：2.溫度的比較（1）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：（2）在錐角為120度，變形溫度為900攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：（3）在錐角為120度，變形溫度為1200攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：3.摩擦因子的比較（1）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.15，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：（2）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.20，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：（3）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.25，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：（4）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.3，擠壓速度為5mm/s時，得出以下數據：5.擠壓速度的比較（1）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為10mm/s時，得出以下數據：（2）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為20mm/s時，得出以下數據：（4）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為40mm/s時，得出以下數據：（5）在錐角為120度，變形溫度為20攝氏度，摩擦因子為0.10，擠壓速度為100mm/s時，得出以下數據：三、 主要儀器設備及耗材DEFORM-2D軟件第二部分：實驗調試與結果分析（可加頁）一、 調試過程（包括調試方法描述、實驗數據記錄，實驗現象記錄，實驗過程發現的問題等）實驗過程通過使用控制變量法，利用十四次反復實驗，對比出凹模錐角，變形溫度，摩擦因子以及擠壓速度對正擠壓變形力的影響：實驗記錄現象以及數據如下：（1）當變形溫度同為20攝氏度，摩擦因子同為0.10，擠壓速度同位5mm/s的情況下，凹模角a分別為45度，60度，120度，180度時，正擠壓金屬流動越來越困難（2）各數據對變形力的影響1）不同溫度對正擠壓變形力的影響：20攝氏度：2.35e+006900攝氏度：2.23e+0061200攝氏度：1.92e+006 2）不同摩擦因子對正擠壓變形力的影響： 0.10：2.30e+005 0.15：5.85e+005 0.20：1.76e+006 0.25：2.15e+006 0.30：2.24e+006 3）不同擠壓速度對正擠壓變形力的影響： 5mm/s：2.35e+006 10mm/s:2.01e+006 20mm/s:2.08e+006 40mm/s:1.98e+006 100mm/s:2.03e+006二、 實驗結果及分析（包括結果描述、實驗現象分析、影響因素討論、綜合分析和結論等）1):溫度對擠壓變形力的影響曲線：2)摩擦因子對正擠壓變形力的影響曲線：3）擠壓速度對正擠壓變形力的影響曲線：從以上所得表格可以大致得出結論：1.隨著溫度升高，正擠壓變形力迅速變小，變小的趨勢逐漸減慢；2.隨著摩擦因子的增大，正擠壓變形力逐漸增加；3.隨著擠壓速度的增加，正擠壓變形力逐漸變小，切逐漸趨近平緩考慮到實驗時前后使用分別使用了100步和50步進行模擬導致的縱向比較的誤差，以及在后處理時直接改參數直接再運行的疏漏以外。結合實驗中出現的一些問題。我猜想了以下幾點有意思的結論。1) 不同摩擦因子對模具擠壓受力是最明顯的。隨著摩擦因子增加，材料流動阻力增加，型材出口流速降低，這是在摩擦因子較大時導致很多次實驗中無法完成拉伸的主要原因。解決的方法是加上圓角和更換工件材料。而前者的效果是最明顯的。2) 在材料流出工作帶時，模具受力達到最大值，模具載荷隨著摩擦因子增加而增大，而與速度大小關系不大。這就是速度增大到一定值后模具受力趨近平緩的原因。3）在復雜形狀鋁型材擠壓模具設計中，可以通過特征質點速度的跟蹤方法，確定模具及工藝參數設計，達到調整不同部位材料流速的目的，從而改善型材截面上質點流速的均勻性，保證型材端面齊整，減少型材的內應力。三、 實驗小結、建議及體會實驗數據比較多，比較繁瑣，但是基本步驟沒什么變化，相對來說還是比較簡單的，只是需要耐心一步步完成，這對于DEFPRM-2D的操作有很大的幫助，可以讓我們熟練掌握基本操作。實驗課程名稱： 材料成型CAE實驗 實驗項目名稱反擠壓成形的有限元模擬實驗成績實驗者劉濟東專業班級成型0801組別同組者實驗日期 11年 12 月 14日第一部分：實驗分析與設計（可加頁）一、實驗內容描述（問題域描述）1.研究反擠壓杯形件毛坯內部的多物理場分布和流線分布（坯料高徑比為1）2.