/銅陵學(xué)院課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱圓柱體壓縮過程模擬實(shí)驗(yàn)課程材料成型計(jì)算機(jī)模擬指導(dǎo)教師專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)2012年04月23日實(shí)驗(yàn)一圓柱體壓縮過程模擬1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容１.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步熟悉AUTＯCAＤ或PRＯ/E實(shí)體三維造型方法與技藝,掌握DEFORM軟件的前處理、后處理的操作方法與技能，學(xué)會(huì)運(yùn)用DEFORM軟件分析壓縮變形的變形力學(xué)問題。1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容砧板工件砧板工件錘頭圖1圓柱體壓縮過程模擬（一)壓縮條件與參數(shù)錘頭與砧板：尺寸200×200×20mm，材質(zhì)DIN—D5－1U,ＣOLD,溫度室溫.工件：材質(zhì)ＤIN＿ＣuＺn４0Pb2，尺寸如表１所示,溫度室溫。表１實(shí)驗(yàn)參數(shù)序號(hào)圓柱體直徑,mm圓柱體高度，mｍ摩擦系數(shù)，滑動(dòng)摩擦錘頭運(yùn)動(dòng)速度,mｍ/s壓縮程度,%１10０1５０01202１０01５０0．２12０３１００２５０012０41002500．2１２0（二）實(shí)驗(yàn)要求（1)運(yùn)用ＡＵTOCAD或ＰＲＯ/ｅ繪制各模具部件及棒料的三維造型,以stl格式輸出；(2）設(shè)計(jì)模擬控制參數(shù);(3)ＤＥFORＭ前處理與運(yùn)算（參考指導(dǎo)書）；(4)ＤEFOＲM后處理，觀察圓柱體壓縮變形過程，載荷曲線圖，通過軸對(duì)稱剖分觀察圓柱體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變及損傷值分布狀態(tài)；(５)比較方案1與２、３與4、1與3和2與４的模擬結(jié)果，找出圓柱體變形后的形狀差別，說明原因;(6)提交分析報(bào)告(紙質(zhì)和電子版）、模擬數(shù)據(jù)文件、日志文件。２實(shí)驗(yàn)過程2.1工模具及工件的三維造型根據(jù)給定的幾何尺寸,運(yùn)用ＡＵTＯCAＤ或PＲＯ／Ｅ分別繪制坯料、錘頭和砧板的幾何實(shí)體,文件名稱分別為workpiece，ｔopｄiｅ，bottomdie，輸出SＴL格式。2．2壓縮過程模擬2．2。1前處理建立新問題:程序DEFORＭ６。１PｒｏbleｍNｅｘt在PrｏbｌeｍＮａme欄中填寫“Foｒging”Fiｎｉｓh進(jìn)入前處理界面。設(shè)置模擬控制:點(diǎn)擊工具欄中SimuｌatiｏnConｔｒols按鈕Main按鈕.在ＳｉmuｌationＴitle一欄中填入Forｇiｎg。在OperａｔiｏnNaｍe一欄中填入ｄefｏｒm。在Ｕｎits欄中選中SI.在Ｍodｅ一欄中只選Defｏrmatｉon.添加對(duì)象：點(diǎn)擊＋按鈕添加對(duì)象，依次為“Worｋpｉeｃe”、“TopDie"、“BｏttomDie”。定義對(duì)象的材料模型:在對(duì)象樹上選擇Ｗo(hù)rkpiece點(diǎn)擊Ｇeneral按鈕選中Ｐｌasｔiｃ選項(xiàng)點(diǎn)擊ＡｓsiｇnＴｅmperａｔｕｒe按鈕填入溫度為20點(diǎn)擊OK按鈕;選擇ＴｏpDｉe點(diǎn)擊General按鈕選中Rigid選項(xiàng)點(diǎn)擊ＡsｓignTｅｍｐｅrature按鈕填入溫度為2０點(diǎn)擊OＫ按鈕勾選PｒimaｒyDie選項(xiàng)如此重復(fù)，定義其它工模具的材料模型（不勾選PｒimａryDiｅ選項(xiàng)）。導(dǎo)入毛坯幾何文件:分別選中Workｐiece、TopＤｉｅ、BottｏmDie，在操作窗口中單擊Geｏmeｔrｙ按鈕ImpｏrtGeo按鈕，導(dǎo)入在CAＤ中事先畫好的造型文件。調(diào)整對(duì)象位置關(guān)系:在工具欄點(diǎn)擊ObｊectPositionｉng按鈕進(jìn)入對(duì)象位置關(guān)系調(diào)整對(duì)話框根據(jù)鍛壓要求及實(shí)體造型調(diào)整相互位置關(guān)系點(diǎn)擊ＯK按鈕完成.實(shí)體網(wǎng)格化：在對(duì)象樹上選擇Workpieｃｅ點(diǎn)擊Ｍesh選擇DeｔaileｄSｅｔtｉｎgs的Geneｒal選項(xiàng)卡點(diǎn)擊Absoｌute，SizeRatio改為3，ＥleｍenｔＳize選MinＥlemenｔＳiｚe，設(shè)為3點(diǎn)擊SｕrｆacｅMeｓｈ，生成表面網(wǎng)格點(diǎn)擊SolidＭesh生成實(shí)體網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置對(duì)象材料屬性:在對(duì)象樹上選擇Wｏrkpiece點(diǎn)擊Ｍaｔerial點(diǎn)擊othｅr選擇DIN－CuZn40Ｐｂ２[1050—１400F(５５０-７50C)]點(diǎn)擊Ｌoaｄ完成材料屬性的添加。設(shè)置主動(dòng)工具運(yùn)行速度:選擇TopDie點(diǎn)擊Moveｍent在type欄上選中Ｓpｅe(cuò)d選項(xiàng)在Directiｏn選中主動(dòng)工具運(yùn)行，如-Z在speed卡上選中Definｅ選項(xiàng),其性質(zhì)選為Cｏnstanｔ，填入速度值為1mm/ｓ。設(shè)置坯料邊界條件:選中物體Ｗo(hù)rkpiece單擊Bdry.Cnd按鈕選中Sｙmｍｅｔryplaｎｅ圖標(biāo)然后分別選中坯料的對(duì)稱面單擊添加按鈕。工件體積補(bǔ)償:選擇Woｒｋｐieｃe點(diǎn)擊Ｐroperty在TａｒｇetVｏｌumｅ卡上選中ActiveinＦEＭ+meshing選項(xiàng)點(diǎn)擊Ｃａlculａt(yī)ｅＶｏlｕme按鈕點(diǎn)擊Yes按鈕.設(shè)置模擬參數(shù)：點(diǎn)擊工具欄中SimulatiｏｎControls按鈕點(diǎn)擊Stｅp按鈕在ＮuｍberofSiｍulationSｔeｐs欄中填入模擬步數(shù)為30ＳteｐIncrｅｍeｎｔｔｏSave欄中填入每隔２步就保存模擬信息在WitｈDｉeＤiｓplacemenｔ欄中選Cｏnstant,填入1點(diǎn)擊ＯK按鈕完成模擬設(shè)置。邊界條件定義：點(diǎn)擊Ｉnｔer—Ｏｂject按鈕在對(duì)話框上選擇Ｗo(hù)rkｐiｅcｅ-TopDｉe點(diǎn)擊Eｄit按鈕點(diǎn)擊Deｆｏrmａｔion卡Fricｔion欄上選中Shear和Constａnｔ選項(xiàng)，填入摩擦系數(shù)為0點(diǎn)擊Cｌｏse按鈕如此重復(fù),依次設(shè)置其它接觸關(guān)系點(diǎn)擊Geｎeｒateaｌl按鈕點(diǎn)擊Tolerance按鈕點(diǎn)擊OK按鈕完成邊界條件設(shè)置。保存k文件：選擇Wｏrkｐｉｅce點(diǎn)擊Ｓave按鈕點(diǎn)擊保存按鈕保存工件的前處理信息重復(fù)操作,依次保存各工模具的信息.2．２.2生成庫文件在工具欄上點(diǎn)擊Ｄatabasｅgeneratｉon按鈕在Typｅ欄選中Nｅw選項(xiàng)選擇路徑填入數(shù)據(jù)庫文件名為fｏｒgiｎｇ點(diǎn)擊Check按鈕沒有錯(cuò)誤信息則點(diǎn)擊Generａt(yī)ｅ按鈕完成模擬數(shù)據(jù)庫的生成。2.2．3退出前處理程序在工具欄上點(diǎn)擊Exiｔ按鈕,退出前處理程序界面。2．２.４模擬運(yùn)算在主控程序界面上，單擊項(xiàng)目欄中的ｆorgｉng.ＤB文件單擊Run按鈕，進(jìn)入運(yùn)算對(duì)話框單擊Ｓtart按鈕開始運(yùn)算單擊Stop按鈕停止運(yùn)算單擊Sｕmmary,Preｖiew，Meｓsagｅ,Ｌoｇ按鈕可以觀察模擬運(yùn)算情況.2．２。5重復(fù)操作按表格1所列的另外三種情況,改變摩擦系數(shù)跟坯料高度再做三次模擬操作。２.3后處理模擬運(yùn)算結(jié)束后,在主控界面上單擊fｏrgiｎｇ.DB文件在PostProｃessor欄中單擊DEFOＲM—3DPost按鈕，進(jìn)入后處理界面。觀察變形過程：點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程；方案一變形過程方案二變形過程方案三變形過程方案四變形過程圖2四種方案的變形過程圖2四種方案的變形過程觀察最大應(yīng)力分布:在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Stｒesｓ–Maxprincｉpaｌ，點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中最大應(yīng)力分布及其變化情況；觀察最大應(yīng)變分布:在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Ｓtrain–Total－Mａxprinｃipal,點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中最大應(yīng)變分布及其變化情況；觀察破壞系數(shù)分布:在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Daｍage，點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中可能產(chǎn)生破壞的情況;成型過程載荷：點(diǎn)擊LｏadＳｔrｏｋe按鈕，生成變形工具加載曲線圖，保存圖形文件為load．ｐnｇ,并保存圖表的數(shù)據(jù)；點(diǎn)跟蹤分析：點(diǎn)擊ＰoｉntTｒａcking按鈕，根據(jù)上圖點(diǎn)的位置，在工件上依次點(diǎn)擊生成跟蹤點(diǎn)，點(diǎn)擊Ｓave按鈕，生成跟蹤信息,觀察跟蹤點(diǎn)的最大應(yīng)力、最大應(yīng)變、破壞系數(shù)，保存相應(yīng)的曲線圖。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析３.1觀察最大應(yīng)力分布圖3方案一（高度150；摩擦系數(shù)0）圖3方案一（高度150；摩擦系數(shù)0）圖4方案二（高度150；摩擦系數(shù)0.2）圖5方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖5方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖6方案四（高度250；摩擦系數(shù)0.2）1)比較圖2和圖３的顏色分布并在每個(gè)區(qū)域隨機(jī)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一些點(diǎn)查看最大應(yīng)力值，可以看出:①摩擦系數(shù)為0時(shí),坯料各部分應(yīng)力分布較均勻,處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，為均勻變形。②摩擦系數(shù)為０。2時(shí),坯料各部分應(yīng)力分布不均勻：圓柱體端部的接觸面附近處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)；在與垂直作用力軸線呈45°交角的區(qū)域也處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，但應(yīng)力值較前者較?。辉谂c垂直作用力軸線呈4５°交角的區(qū)域徑向向外的區(qū)域里，最大應(yīng)力逐漸由壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力，該區(qū)域?yàn)槎阂焕瓚?yīng)力狀態(tài).該坯料的變形為不均勻變形。原因：鐓粗時(shí),由于受到接觸表面摩擦力的影響，會(huì)使接觸表面附近的金屬變形受阻。而接觸表面摩擦力的影響，沿徑向由側(cè)邊向中心逐漸增強(qiáng)，沿高度方向由端面向中心逐漸減弱，故產(chǎn)生不均勻變形。為了保持物體完整性，會(huì)出現(xiàn)附加應(yīng)力，從而改變物體的應(yīng)力狀態(tài)。2）比較圖4和圖5，其與圖2和圖3應(yīng)力分布情況相似。再比較圖2和圖4，可以看出：不同高度，在相同壓下量下，應(yīng)力分布同樣較均勻，但最大應(yīng)力的大小有所差異.最后比較圖3和圖5可以看出：不同高度,在相同壓下量下,不均勻變形所對(duì)應(yīng)的各個(gè)區(qū)域的體積跟最大應(yīng)力大小都有所差異。綜上，高度對(duì)均勻變形和不均勻變形的應(yīng)力狀態(tài)同樣有影響。３。2觀察最大應(yīng)變分布圖7方案一（高度150；摩擦系數(shù)0）圖7方案一（高度150；摩擦系數(shù)0）圖8方案二（高度150；摩擦系數(shù)0.2）圖9方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖9方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖10方案四（高度250；摩擦系數(shù)0.2）1)比較圖6和圖7的顏色分布并在每個(gè)區(qū)域隨機(jī)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一些點(diǎn)查看最大應(yīng)變值，可以看出:①摩擦系數(shù)為０時(shí)，坯料各部分應(yīng)變分布較均勻，為均勻變形。由于坯料在軸向上的為壓縮變形且變形量為0。2,根據(jù)體積不變定律并參照?qǐng)D中最大應(yīng)力值,可知該坯料在徑向和周向均為拉伸變形，所以該坯料處于一向壓縮兩相拉伸應(yīng)變狀態(tài)。觀察變形前后的坯料形狀,還可以發(fā)現(xiàn)其形狀在變形前后相似，這點(diǎn)符合均勻變形的特點(diǎn)。②摩擦系數(shù)為0.2時(shí)，坯料各部分應(yīng)變分布不均勻:位于圓柱體端部接觸面附近,由于受接觸面摩擦影響較大，且遠(yuǎn)離與垂直作用力軸線呈大致45°交角的最有利滑移區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生塑性變形較為困難,為難變形區(qū)；處于與垂直作用力大致為４５°交角的最有利變形區(qū)域，且受摩擦影響較小，因此在此區(qū)域內(nèi)最易發(fā)生塑性變形，為易變形區(qū)。處于易變形區(qū)四周的區(qū)域,其變形量介于難變形區(qū)與易變形區(qū)之間，為自由變形區(qū)。觀察變形前后的坯料形狀,便可以發(fā)現(xiàn)其形狀在變形后呈單鼓形，這正是由于不均勻變形.2)比較圖8和圖9，其與圖6和圖7應(yīng)變分布情況相似。再比較圖6和圖8,可以看出：不同高度,在相同壓下量下，應(yīng)變分布同樣較均勻，但最大應(yīng)變的大小有所差異。最后比較圖7和圖9可以看出:不同高度，在相同壓下量下,不均勻變形所對(duì)應(yīng)的各個(gè)區(qū)域的體積跟最大應(yīng)變大小都有所差異。綜上,高度對(duì)均勻變形和不均勻變形的應(yīng)變狀態(tài)同樣有影響。3.3觀察破壞系數(shù)分布圖11方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖11方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖12方案二（高度150；摩擦系數(shù)0.2）圖13方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖13方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖14方案四（高度250；摩擦系數(shù)0.2）由上面四幅圖可以看出，破壞系數(shù)均為0.說明在此鐓粗過程中,晶格畸變不是很嚴(yán)重，坯料不容易被破壞.①坯料無摩擦,即均勻變形時(shí),其對(duì)坯料的破壞很??；②坯料有摩擦?xí)r,即不均勻變形時(shí),圓柱體側(cè)面周向承受附加拉應(yīng)力，但是由于變形程度不大,所以對(duì)坯料的破壞也很小。3．４成型過程載荷分析圖15方案一（高度150；摩擦系數(shù)0）圖15方案一（高度150；摩擦系數(shù)0）圖16方案二（高度150；摩擦系數(shù)0.2）圖17方案三（高度250；摩擦系數(shù)0）圖18方案四（高度250；摩擦系數(shù)0.2）將上面四個(gè)圖中的數(shù)據(jù)提取出來，列于下表：表2四種方案成型過程載荷載荷（N）時(shí)間（ｓ）方案一方案二方案三方案四00000138352239２４46.322９４81232717。１238８686。83975４０。7２31318.1234448．１3３93９5140３011.22３3183.１２3635７．343９9324.44０８595。9２3５073。323８290。5５404８０7。14143０9.4２36986.42４０24７.８6410405．3420131．923８923.6242229。６７41６118。2426０77．8２40８84．4244236．28421952．143２150。324２869.６246２６6。９942７909．54３8353.324４879.5２48３２４。310433994４4４705.124６９14。7２50４07．6114４0２０9．２45１18２。124８９75．2２５2517.4１24４６5５8.8４578０0。92５1061.72５4654.11３4５３045．8464566。3２5３１７４256818。1144５9６76４71482。8255３13。6２590０9。715４66454．647８537。925７48０.426１229.9１647３3８１。７48576９.22５967526３478.81７480466.349316６261８97。7265756。９1848７７０95007３３。2264149．126806４。419４95118.950847626642９．6270402。320502６９７.１51639９.7２６873９.8２7２770．２21５10452524504.３27108０。727５17０．１22518３87.2５３28０7．3２7３451.7２７760223526507.65４１３28。62７５853。8280０6724534８２1。755０03６．627828７。928256４。425543333.8５58956280７54.３285０94。726５5２０51．35６8073。22832５３．7287659.６２７56０980577４30.62８５786.4２9０25９．3285７0126。85８7046.42883５3．8２92894．５295795０0.3５９68６3.92９0９55．329５5653０５8910５.46069４5。9２９３5９2。72９827２。931２9６2６５.9301018．３32298975．９30３8０1。8３33０17２2．8306624３4３04508.6309485.６35307332。6３12387.23６310１95。6３15３3０.237３1３0９９.23１８31４。33８3１6043。9３21341。７3９31９030。3324４11。340３22059.332７５264132513１。９33068642328247．933３８９０。８43331４09.83３71４3．6４４334６１7．2340444.34５337871。13４3793。54634１１73.３347１９2.747344523。8350６4６.548３４7923．7３５414５。34９351374．７357６９9．3圖19四種方案成型過程載荷50圖19四種方案成型過程載荷3５487６.1361３0５。91)比較圖１8中每條線段可以看出：在開始較短時(shí)間內(nèi)載荷呈線性增大，該段時(shí)間內(nèi)的變形為彈性變形，載荷迅速增加，變形很小;在后面的所有時(shí)間內(nèi)載荷呈非線性增長,該時(shí)間內(nèi)的變形主要為塑性變形，變形較大，載荷增長較彈性變形慢。彈性變形階段,載荷上升的主要原因是原子間相互作用力;塑性變形階段，載荷上升的主要原因是加工硬化.2）比較方案一和方案二對(duì)應(yīng)的曲線可以看出：方案二接觸表面有摩擦力即產(chǎn)生不均勻的坯料,塑性變形階段的載荷曲線高于方案一接觸表面無摩擦即產(chǎn)生均勻變形的坯料。這是由于不均勻變形產(chǎn)生的附加應(yīng)力，使金屬的塑性降低，變形抗力升高.3）比較方案三和方案四對(duì)應(yīng)的曲線，其與方案一和方案二的情況相似。只是載荷大小有所差異。4）比較方案一和方案三對(duì)應(yīng)的曲線可以看出:相同壓下量,均無摩擦的這兩種情況,高度為15０的載荷曲線比高度為２５0的載荷曲線高很多。比較方案二和方案四對(duì)應(yīng)的曲線可以看出:相同壓下量，摩擦系數(shù)相同的這兩種情況，高度為150的載荷曲線比高度為2５0的載荷曲線高很多。3．5點(diǎn)跟蹤分析圖20（b）方案一跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)力分布圖20（a）方案一跟蹤點(diǎn)分布圖20（b）方案一跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)力分布圖20（a）方案一跟蹤點(diǎn)分布圖20（c）方案一跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)變分布圖20（c）方案一跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)變分布圖21（a）方案二跟蹤點(diǎn)分布圖21（b）方案二跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)力分布圖21（c）方案二跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)變分布圖23（c）方案四跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)變分布圖23（c）方案四跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)變分布圖23（b）方案四跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)力分布圖23（a）方案四跟蹤點(diǎn)分布圖22（c）方案三跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)變分布圖22（b）方案三跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)力分布圖22（a）方案三跟蹤點(diǎn)分布1）觀察方案一和方案三各跟蹤點(diǎn)在變形過程中最大應(yīng)力和最大應(yīng)變觀察圖19(b）和圖21（b），可以看出：在前面極短時(shí)間內(nèi)，為彈性變形,應(yīng)力呈線性變化；后面的時(shí)間內(nèi)，主要為塑性變形，呈非線性變化.除表面幾個(gè)點(diǎn)外,坯料其他各點(diǎn)均為三向壓應(yīng)力狀態(tài)，且應(yīng)力分布較均勻。觀察圖19(c）和圖21(c)，可以看出：在變形過程中，所有點(diǎn)的最大應(yīng)變呈線性增長，且應(yīng)變大小也基本相同，這正符合均勻變形過程的特點(diǎn)。2)觀察方案二和方案四各跟蹤點(diǎn)在變形過程中最大應(yīng)力和最大應(yīng)變觀察圖20（b）和圖2２（ｂ)，可以看出：在變形過程中,應(yīng)力分布不均勻,且變化幅度較大。這是因?yàn)檫@兩情況的變形為不均勻變形,產(chǎn)生大量附加應(yīng)力，而這些附加應(yīng)力的分布也是不均勻的，所以就出現(xiàn)了圖示情況。觀察圖20(ｃ）和圖２2(ｃ)，可以看出：在變形過程中，應(yīng)變總體是呈上升趨勢(shì)的,但是由于不均勻變形,所以各點(diǎn)處的應(yīng)變大小不同。４實(shí)驗(yàn)小結(jié)本實(shí)驗(yàn)通過ＣＡD和DEFORM對(duì)鐓粗過程進(jìn)行了模擬，經(jīng)過無摩擦鐓粗和有摩擦鐓粗之間的對(duì)比分析，驗(yàn)證了均勻變形和不均勻變形的變形特點(diǎn)。把書本的知識(shí)應(yīng)用到模擬當(dāng)中,使我對(duì)課本的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。通過這次實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了我運(yùn)用書本知識(shí)解決實(shí)際問題的能力.通過老師的講解和PDF的學(xué)習(xí),初步運(yùn)用了DＥFＯRM進(jìn)行簡(jiǎn)易的應(yīng)用,通過鐓粗的前處理和求解以及后處理，對(duì)DEFOＲM有了一個(gè)全面的認(rèn)識(shí),雖然只是材料成型方面的應(yīng)用，沒有涉及到熱處理的學(xué)習(xí)，但感覺DＥFOＲM很強(qiáng)大，把AUTOCＡD與ＤEFORＭ聯(lián)系在一起能使自己的學(xué)習(xí)更加全面。?銅陵學(xué)院課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱圓柱體壓縮過程模擬實(shí)驗(yàn)課程材料成型計(jì)算機(jī)模擬指導(dǎo)教師專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)2０１２年０4月23日實(shí)驗(yàn)二棒材熱擠壓過程模擬１實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容１.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步熟悉ＤEFOＲM軟件前處理、后處理的操作方法，掌握熱力耦合數(shù)值模擬的模擬操作。深入理解并掌握DＥFORM軟件分析熱擠壓的塑性變形力學(xué)問題。１.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容擠壓模擠壓筒擠壓墊1401004060120450圖1棒材擠壓示意圖運(yùn)用ＤＥFORM擠壓模擠壓筒擠壓墊1401004060120450圖1棒材擠壓示意圖（一）擠壓條件與參數(shù)擠壓工具:尺寸如圖所示，材質(zhì)DIN－D5－１U，COLD,溫度3500。坯料：材質(zhì)DＩＮ_ＣuZn４0Pb2,尺寸9８×60,溫度６30０.工藝參數(shù)：擠壓速度１0mｍ/s，摩擦系數(shù)0。1。（二）實(shí)驗(yàn)要求(1）運(yùn)用AUTOCAD或PRＯ/e繪制各模具部件及棒料的三維造型，以ｓｔl格式（二)實(shí)驗(yàn)要求（1）運(yùn)用AＵＴＯCＡＤ或PRO/e繪制各模具部件及棒料的三維造型，以sｔｌ格式輸出;（2）設(shè)計(jì)模擬控制參數(shù);（３）DEＦＯRＭ前處理與運(yùn)算;(4)DEＦORM后處理,觀察圓柱體壓縮變形過程,載荷曲線圖,通過軸對(duì)稱剖分觀察圓柱體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變及損傷值分布狀態(tài)；（５）運(yùn)用ＤＥFORM后處理ＦlｏwＮeｔ（流動(dòng)?xùn)鸥瘢┕δ苡^察金屬流動(dòng)的不均勻性，說明原因;(6）提交分析報(bào)告（紙質(zhì)和電子版）、模擬數(shù)據(jù)文件、日志文件。2實(shí)驗(yàn)過程2.1擠壓工模具及工件的三維造型根據(jù)給定的幾何尺寸,并從書中查得工作帶長度為10ｍｍ，入口圓角半徑為4mm，模子厚度為７0mm，擠壓墊外徑為99mm,擠壓墊厚度為20ｍm，運(yùn)用AＵTＯＣAD或PRＯ/E分別繪制坯料、擠壓模、擠壓墊、擠壓筒的幾何實(shí)體，文件名稱分別為extｒuｓioｎwｏｒkpiｅce，extrusｉoｎdｉe，ｅｘｔrusiｏndumｍｙbloｃk，eｘtruｓiｏncｈamber。輸出SＴL格式。2。2擠壓模擬２.２。1前處理建立新問題:程序DEＦORM6。1PｒoblemNext在ProbｌemName欄中填寫“stｉckeｘｔrusion"Finish進(jìn)入前前處理界面。單位制度選擇：點(diǎn)擊SiｍｕlationControｌ按鈕Main按鈕在Unitｓ欄中選中SI(國際標(biāo)準(zhǔn)單位制度）。添加對(duì)象：點(diǎn)擊+按鈕添加對(duì)象,依次為“workpiecｅ"、“topdie"、“botｔｏmdie”和“oｂｊｅct４”，在ObjectName欄中填入extrusｉonworkpieｃe點(diǎn)擊Change按鈕單擊Geometry按鈕ImpoｒtGeo按鈕，選擇eｘｔｒusiｏnworkpiece.stl實(shí)體文件打開;重復(fù)操作,依次添加eｘtｒuｓiondie,extｒuｓｉondummyblｏｃｋ,extrusｉonｃhａmber。定義對(duì)象的材料模型:在對(duì)象樹上選擇exｔｒusionworkｐiecｅ點(diǎn)擊Geｎeral按鈕選中Plａstic選項(xiàng)點(diǎn)擊AssignTemperaｔure按鈕填入溫度為630點(diǎn)擊ＯK按鈕在對(duì)象樹上選擇eｘtrｕsiondummｙbloｃｋ點(diǎn)擊General按鈕選中Riｇid選項(xiàng)點(diǎn)擊AssigｎTｅmｐerature按鈕填入溫度為350點(diǎn)擊ＯK按鈕勾選ＰrimａryＤie選項(xiàng)如此重復(fù)，定義其它工模具的材料模型（不勾選PrｉmaryDｉe選項(xiàng)）。調(diào)整對(duì)象位置關(guān)系：在工具欄點(diǎn)擊ObjｅｃtPosiｔioniｎg按鈕進(jìn)入對(duì)象位置關(guān)系調(diào)整對(duì)話框根據(jù)擠壓要求及實(shí)體造型調(diào)整相互位置關(guān)系點(diǎn)擊OK按鈕完成.模擬控制設(shè)置:點(diǎn)擊SiｍulaｔionControl按鈕Mａin按鈕在ＳｉmｕｌatiｏnＴiｔle欄中填入“stickexｔｒusiｏn”在OｐeｒatｉｏnTitlｅ欄中填入“deｆｏrmｈeａt(yī)transfeｒ"勾選“Heaｔtｒansfer”和“Ｄefｏrmation”選項(xiàng)點(diǎn)擊Stｅp按鈕在NuｍbｅrofSimｕｌatｉｏnSteps欄中填入模擬步數(shù)為100SteｐInｃremeｎtｔoSave欄中填入10在PrｉmarｙＤie欄中選擇extrusiondummyｂloｃk在ＷitｈＣonstaｎtTiｍｅIncremeｎt欄中填入時(shí)間步長為０．05點(diǎn)擊ＯK按鈕完成模擬設(shè)置。實(shí)體網(wǎng)格化：在對(duì)象樹上選擇Worｋpｉece點(diǎn)擊Mesｈ選擇DetailedSetｔｉngs的General選項(xiàng)卡點(diǎn)擊Ａbsｏlute，ＳiｚｅRａt(yī)io改為2,ElemeｎｔSize選ＭinElemｅntSiｚe，設(shè)為２點(diǎn)擊ＳurｆaceMeｓｈ,生成表面網(wǎng)格點(diǎn)擊SolidMｅｓh生成實(shí)體網(wǎng)絡(luò).設(shè)置對(duì)象材料屬性:在對(duì)象樹上選擇extruｓionworkｐiｅce點(diǎn)擊Ｍateｒial點(diǎn)擊other選擇DIN－CuＺｎ40Pｂ2[１0２０-1740Ｆ（550—９５0C）］點(diǎn)擊Lｏad完成材料屬性的添加。設(shè)置主動(dòng)工具運(yùn)行速度：在對(duì)象樹上選擇eｘtrusioｎduｍｍyblock點(diǎn)擊Movｅment點(diǎn)擊Moｖemeｎt在tｙpe欄上選中Speｅd選項(xiàng)在Directioｎ選中主動(dòng)工具運(yùn)行，如-Y在ｓpeed卡上選中Define選項(xiàng),其性質(zhì)選為Ｃonsｔant，填入數(shù)度值，如10mm/s；設(shè)置坯料邊界條件：選中物體Workpｉｅｃｅ單擊Bｄry。Cnd按鈕選中Sｙmmetryplａｎe圖標(biāo)然后分別選中坯料的對(duì)稱面單擊添加按鈕。工件體積補(bǔ)償：在對(duì)象樹上選擇Workpiecｅ點(diǎn)擊Ｐroperty在TaｒgetVolume卡上選中ActiveinFEＭ+ｍｅshｉnｇ選項(xiàng)點(diǎn)擊CalculateVｏｌume按鈕點(diǎn)擊Ｙes按鈕。邊界條件定義:在工具欄上點(diǎn)擊Ｉnter－Obｊecｔ按鈕在對(duì)話框上選擇eｘtrusionwoｒkpｉece—eｘｔrusionduｍmyblock點(diǎn)擊Eｄit按鈕點(diǎn)擊Deｆｏｒｍation卡Frictｉon欄上選中Shear和Constant選項(xiàng),填入摩擦系數(shù)為０.1點(diǎn)擊Thｅｒmal選中Ｃonｓtａnt選項(xiàng)，填入傳熱系數(shù)或選擇傳熱類型如Ｆｏrminｇ點(diǎn)擊Ｃlｏｓe按鈕如此重復(fù),依次設(shè)置其它接觸關(guān)系點(diǎn)擊Geneｒaｔeａll按鈕點(diǎn)擊Tolｅrａnｃe按鈕點(diǎn)擊ＯK按鈕完成邊界條件設(shè)置。保存k文件：在對(duì)象樹上選擇extruｓioｎworkpiece點(diǎn)擊Save按鈕點(diǎn)擊保存按鈕保存工件的前處理信息重復(fù)操作，依次保存各工模具的信息.2。2。2生成庫文件在工具欄上點(diǎn)擊Databasegeneraｔiｏn按鈕在Type欄選中New選項(xiàng)選擇路徑（英文）填入數(shù)據(jù)庫文件名(英文），如stiｃkexｔrusiｏｎ點(diǎn)擊Cheｃk按鈕沒有錯(cuò)誤信息則點(diǎn)擊Ｇeneratｅ按鈕完成模擬數(shù)據(jù)庫的生成。2.2。3退出前處理程序在工具欄上點(diǎn)擊Exｉt按鈕，退出前處理程序界面。2．2。4模擬運(yùn)算在主控程序界面上，單擊項(xiàng)目欄中的stickｅxtrｕsion.DB文件單擊Run按鈕,進(jìn)入運(yùn)算對(duì)話框單擊Start按鈕開始運(yùn)算單擊Stｏp按鈕停止運(yùn)算單擊Summary,Pｒeviｅｗ，Ｍｅssagｅ，Log按鈕可以觀察模擬運(yùn)算情況.２．3后處理模擬運(yùn)算結(jié)束后，在主控界面上單擊sｔickｅxtｒｕsｉon.DB文件在ＰostProcｅsｓor欄中單擊DEFORM－3DPost按鈕，進(jìn)入后處理界面。（１）觀察變形過程：點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程,如圖2;圖2擠壓變形過程圖2擠壓變形過程（2）觀察溫度變化：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Temperature，點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中溫度變化情況;（3）觀察最大應(yīng)力分布：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Sｔｒess–Maｘpriｎｃipal,點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中最大應(yīng)力分布及其變化情況；（4)觀察最大應(yīng)變分布：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Strain–Ｔoｔal—Maxｐrinciｐaｌ，點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中最大應(yīng)變分布及其變化情況；（５)觀察破壞系數(shù)分布：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Damage，點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中可能產(chǎn)生破壞的情況;(６）成型過程載荷：點(diǎn)擊ＬｏadSｔroke按鈕，生成變形工具加載曲線圖,保存圖形文件為loａd.ｐng；（7）點(diǎn)跟蹤分析：點(diǎn)擊PｏiｎtTracｋing按鈕，根據(jù)上圖點(diǎn)的位置，在工件上依次點(diǎn)擊生成跟蹤點(diǎn),點(diǎn)擊Ｓave按鈕,生成跟蹤信息,觀察跟蹤點(diǎn)的最大應(yīng)力、最大應(yīng)變、溫度、破壞系數(shù),保存相應(yīng)的曲線圖。（8）流動(dòng)網(wǎng)格分析:點(diǎn)擊FloｗNeｔ按鈕，在對(duì)話框中分別選擇Ｓtarｔingsteｐ和Eｎdiｎｇstep的數(shù)值，點(diǎn)擊Ｎexｔ，選擇Surfacenet，點(diǎn)擊Next，選中Ｐarａlleｌ，點(diǎn)擊Ｎeｘt，確定起點(diǎn)平面、終點(diǎn)平面，輸入方向矢量和分割面的數(shù)量，點(diǎn)擊Nｅxt，點(diǎn)擊Fｉｎish，生成金屬流動(dòng)網(wǎng)格數(shù)據(jù),點(diǎn)擊播放按鈕查看流動(dòng)格變化情況。３實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析圖3擠壓終了溫度分布3。１觀察溫度變化圖3擠壓終了溫度分布從圖3可以看出:遠(yuǎn)離擠壓墊的一端溫度最高,而與擠壓墊相接觸的一端溫度最低，這主要是由于在整個(gè)擠壓過程中與擠壓墊接觸的一端存在著熱交換，使溫度降低,不接觸的一端在整個(gè)過程中金屬流動(dòng)較激烈，并且由于散熱不好且擠壓時(shí)間較短，溫度比與擠壓模相接觸端高且變化不大。同時(shí),中心部位溫度分布較均勻而且具有較高溫度值，這是因?yàn)樵谡麄€(gè)擠壓過程中坯料中心不與擠壓模具和空氣相接觸,熱量散失與熱傳遞都很小。3.2觀察最大應(yīng)力分布圖4擠壓終了最大應(yīng)力分布圖4擠壓終了最大應(yīng)力分布從圖4可以清晰地看出：中間部位應(yīng)力分布較均勻，且數(shù)值較大，為三向壓應(yīng)力狀態(tài),從中還可以看出擠壓過程中應(yīng)力最大的位置出現(xiàn)在工件剛剛進(jìn)入擠壓模的位置，因?yàn)樵诖颂幱捎诠ぜ闹睆郊眲∽兓?，金屬流?dòng)的阻力最大,不均勻變形也最大,在此處將產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力。在擠壓筒與坯料的接觸部位附加應(yīng)力和應(yīng)力影響都較小。圖5擠壓終了最大應(yīng)變分布3.3觀察最大應(yīng)變分布圖5擠壓終了最大應(yīng)變分布從圖5可以清晰的看出:在整個(gè)擠壓過程中應(yīng)變最大的位置出現(xiàn)在工件剛剛進(jìn)入擠壓模的位置,此時(shí)工件部的主變形量最大,也即應(yīng)變最大。中間位置應(yīng)變其次,中心內(nèi)部位應(yīng)變較小，兩端應(yīng)變最小。圖6擠壓終了破壞系數(shù)分布3。４觀察破壞系數(shù)分布圖6擠壓終了破壞系數(shù)分布從圖6中可以很清晰的看出:已擠壓坯料的表面破壞系數(shù)較大，已擠壓坯料的中心和擠壓筒內(nèi)的坯料破壞系數(shù)都較低.這是由于擠壓過程中擠壓筒壁和擠壓模壁接觸摩擦力的影響，使邊部金屬流動(dòng)滯后于中心部金屬，造成了邊部受壓,中心受壓的附加應(yīng)力分布,表面在附加拉應(yīng)力作用下易產(chǎn)生周期裂紋，所以坯料表面的破壞系數(shù)較大。3。5成型過程載荷分布圖7成型過程載荷分布圖7成型過程載荷分布從圖７可以看出：整個(gè)擠壓過程的成型載荷總體上是沿直線逐漸增加的，因?yàn)殡S著擠壓過程的進(jìn)行，工件和擠壓模的接觸面積越來越多，所以受擠壓模具的摩擦力就會(huì)逐漸增大.同時(shí)由于還會(huì)受到金屬內(nèi)部原子的相互作用力,隨著擠壓過程的進(jìn)行金屬流動(dòng)越來越困難，要求的擠壓力也越大.圖形中出現(xiàn)的很小的起伏,主要是因?yàn)樵跀D壓過程中DEFOＲM—3D成型軟件進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)的重劃分，產(chǎn)生了均勻應(yīng)變，擠壓力小幅度降低擠。壓力總體上呈上升趨勢(shì).圖8跟蹤點(diǎn)分布圖9跟蹤點(diǎn)溫度分布圖8跟蹤點(diǎn)分布圖9跟蹤點(diǎn)溫度分布圖10跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)力分布圖10跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)力分布圖11跟蹤點(diǎn)最大應(yīng)變分布圖12跟蹤點(diǎn)破壞系數(shù)分布圖12跟蹤點(diǎn)破壞系數(shù)分布1）從圖９可以看出：