1、,DEFORM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程,第1章塑性成形CAE技術(shù),北大出版社配套電子課件,【本章學(xué)習(xí)目標(biāo)】, 了解塑性成形CAE技術(shù)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀；, 了解塑性成形技術(shù)的特點(diǎn)；, 了解DEFORM-3D軟件的發(fā)展、特點(diǎn)及功能。,【本章教學(xué)要點(diǎn)】,導(dǎo)入案例,隨著計(jì)算科學(xué)的快速發(fā)展和有限元技術(shù)應(yīng)用的日益成熟，CAE技術(shù)模擬分析金屬在塑性變形過(guò)程中的流動(dòng)規(guī)律在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。,CAE技術(shù)的成功運(yùn)用，縮短了模具和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。,鍛件預(yù)成形后的坯料應(yīng)力分布,塑性成形CAE技術(shù),塑性成形CAE的特點(diǎn)是以工程和科學(xué)問(wèn)題為背景，建立計(jì)算模型并進(jìn)行計(jì)

2、算機(jī)仿真分析。,一方面，CAE技術(shù)的應(yīng)用，使許多過(guò)去受條件限制無(wú)法分析的復(fù)雜問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬得到滿意的解答；,另一方面，計(jì)算機(jī)輔助分析使大量繁雜的工程分析問(wèn)題簡(jiǎn)單化，使復(fù)雜的過(guò)程層次化，節(jié)省了大量的時(shí)間，避免了低水平重復(fù)的工作。,國(guó)外現(xiàn)狀,目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面已達(dá)到了較高的水平。,國(guó)際上不少先進(jìn)的大型通用有限元計(jì)算分析軟件的開(kāi)發(fā)已達(dá)到較成熟的階段并已商品化。,就CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用而言，西方發(fā)達(dá)國(guó)家目前已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化階段。,我國(guó)CAE技術(shù)現(xiàn)狀,隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化水平的提高，計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)也在我國(guó)蓬勃發(fā)展起來(lái)。,近年來(lái)，我國(guó)的CAE技術(shù)研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用在許多行業(yè)和領(lǐng)域

3、已取得了一定的成績(jī)。,但從總體來(lái)看，研究和應(yīng)用的水平還不能說(shuō)很高，某些方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在不小的差距。,目前，一些大型通用有限元分析軟件已經(jīng)引進(jìn)我國(guó)，在汽車、航空、機(jī)械、材料等許多行業(yè)得到了應(yīng)用。,我國(guó)已經(jīng)擁有一批科技人員在從事CAE技術(shù)的研究和應(yīng)用，取得了不少研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，使我們?cè)贑AE技術(shù)方面緊跟住現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。,開(kāi)發(fā)出CAXA等具有自己產(chǎn)權(quán)的CAE軟件。,但是，這些研究和應(yīng)用的領(lǐng)域以及分布的行業(yè)和地區(qū)還很有限，現(xiàn)在還主要局限于少數(shù)具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的大型企業(yè)、部分大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。,我國(guó)的計(jì)算機(jī)分析軟件開(kāi)發(fā)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重地制約了CAE技術(shù)的發(fā)展。,金屬塑性成形技術(shù),金屬

4、塑性成形技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中金屬加工的重要方法之一，它是金屬坯料在模具的外力作用下發(fā)生塑性變形，并被加工成棒材、板材、管材以及各種機(jī)器零件、構(gòu)建或日用器具等技術(shù)。,金屬塑性成形加工的作用如下： (1）塑性成形可將金屬坯料內(nèi)的疏松和空洞性缺陷壓實(shí)，提高其性能和質(zhì)量。,(2）塑性成形引起再結(jié)晶，從而改變金屬坯料鑄態(tài)偏析，改善金屬壞料組織結(jié)構(gòu)。,(3）在塑性成形過(guò)程中，通常采用各種模具型腔，可制造各種形狀的構(gòu)件。,與金屬切削加工、鑄造、焊接等加工方法相比，金屬塑性成形具有以下特點(diǎn)：,（1）組織、性能得到改善和提高。,（2）材料利用率高。,（3）生產(chǎn)效率高。,（4）尺寸精度高。,1.3DEFORM-3D

5、軟件,DEFORM-3D是針對(duì)復(fù)雜金屬成形過(guò)程的三維金屬流動(dòng)分析的功能強(qiáng)大的過(guò)程模擬分析軟件。是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)，專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成形過(guò)程中的三維（3D）流動(dòng)，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)及有關(guān)成形過(guò)程中的材料和溫度流動(dòng)，典型的DEFORM-3D應(yīng)用包括鍛造、擺碾、軋制、旋壓、拉拔和其他成形加工手段。DEFORM-3D是模擬3D材料流動(dòng)的理想工具。,它不僅魯棒性好，而且易于使用。DEFORM-3D強(qiáng)大的模擬引擎能夠分析金屬成形過(guò)程中多個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象耦合作用的大變形和熱特性。系統(tǒng)中集成了在任何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃

6、分細(xì)密的網(wǎng)格，從而降低題目的運(yùn)算規(guī)模，并顯著提高計(jì)算效率。,DEFORM-3D圖形界面既強(qiáng)大又靈活，為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果數(shù)據(jù)提供了有效工具，DEFORM-3D還提供了3D幾何操縱修正工具，這對(duì)于3D過(guò)程模擬極為重要。,在最近的國(guó)際范圍復(fù)雜零件成形模擬招標(biāo)演算中，DEFORM-3D的計(jì)算精度和結(jié)果可靠性，被國(guó)際成形模擬領(lǐng)域公認(rèn)為第一。,1.3.1DEFORM的發(fā)展,20世紀(jì)70年代后期，位于美國(guó)加州伯克利的加利福尼亞大學(xué)小林研究室在美國(guó)軍方的支持下開(kāi)發(fā)出有限元軟件ALPID（Analysis of Large Plastic Incremental Deformation）。,1990年

7、在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出DEFORM-2D軟件。該軟件的開(kāi)發(fā)者獨(dú)立出來(lái)成立SFTC公司（Scientific Forming Technologies Co.),DEFORM的理論基礎(chǔ)是經(jīng)過(guò)修訂的拉格朗日定理，屬于剛塑性有限元法。,DEFORM-2D的單元類型是四邊形，3D的單元類型是經(jīng)過(guò)特殊處理的四面體，四面體單元比六面體單元容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格重劃分。,在網(wǎng)格重劃分時(shí)，DEFORM在同類軟件中體積損失最小。,1.3.2DEFORM 的特點(diǎn),EFORM-3D是在一個(gè)集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進(jìn)行模擬仿真分析。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)。,不需要人工干預(yù)，全自動(dòng)網(wǎng)格再

8、剖分。 前處理中自動(dòng)生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠。,DEFORM-3D模型來(lái)自CAD系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型（STL/SLA）格式。,1.3.2DEFORM 的特點(diǎn),集成有成形設(shè)備模型，如：液壓壓力機(jī)、錘鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)等。,表面壓力邊界條件處理功能適用于解決脹形工藝模擬。,單步模具應(yīng)力分析方便快捷，適用于多個(gè)變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時(shí)的成形過(guò)程分析。,材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型。,1.3.2DEFORM 的特點(diǎn),實(shí)體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨(dú)求解，也可以耦合在成形模擬中進(jìn)行分析。,具有FLOWNET和點(diǎn)跡示蹤、變形

9、、云圖、矢量圖、力行程曲線等后處理功能。,具有2D切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個(gè)塑性工件和組合模具應(yīng)力。,后處理中的鏡面反射功能，為用戶提供了高效處理具有對(duì)稱面或周期對(duì)稱面的機(jī)會(huì)，并且可以在后處理中顯示整個(gè)模型。,1.3.2DEFORM 的特點(diǎn),自定義過(guò)程可用于計(jì)算流動(dòng)應(yīng)力、沖壓系統(tǒng)響應(yīng)、斷裂判據(jù)和一些特別的處理要求，如：金屬微結(jié)構(gòu)、冷卻速率、力學(xué)性能等。,1.3.3DEFORM功能,（1)成形分析 冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合分析。,豐富的材料數(shù)據(jù)庫(kù)，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金和超合金。,用戶自定義材料數(shù)據(jù)庫(kù)允許用戶自行輸入材料數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有的

10、材料。提供材料流動(dòng)、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息。,剛性、彈性和熱粘塑性材料模型，特別適用于大變形成形分析。,1.3.3DEFORM功能,彈塑性材料模型適用于分析殘余應(yīng)力和回彈問(wèn)題。,燒結(jié)體材料模型適用于分析粉末冶金成形。,完整的成形設(shè)備模型可以分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機(jī)械壓力成形。,用戶自定義子函數(shù)允許用戶定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準(zhǔn)則和其他函數(shù)。,網(wǎng)格劃線和質(zhì)點(diǎn)跟蹤可以分析材料內(nèi)部的流動(dòng)信息及各種場(chǎng)量分布。,1.3.3DEFORM功能,溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、損傷及其他場(chǎng)變量等值線的繪制使后處理簡(jiǎn)單明了。,自我接觸條件及完美的網(wǎng)格再劃分使

11、得在成形過(guò)程中即便形成了缺陷，模擬也可以進(jìn)行到底。,多變形體模型允許分析多個(gè)成形工件或耦合分析模具應(yīng)力。,基于損傷因子的裂紋萌生及擴(kuò)展模型可以分析剪切、沖裁和機(jī)加工過(guò)程。,1.3.3DEFORM功能,（2)熱處理 模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過(guò)程。,預(yù)測(cè)硬度、晶粒組織成分、扭曲和含碳量。,專門的材料模型用于蠕變、相變、硬度和擴(kuò)散。,可以輸入頂端淬火數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)最終產(chǎn)品的硬度分布。,可以分析各種材料晶相，每種晶相都有自己的彈性、塑性、熱和硬度屬性。 。,混合材料的特性取決于熱處理模擬中每步各種金屬相的百分比。,1.3.3DEFORM功能,DEFORM用來(lái)分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴(kuò)散之間復(fù)雜的相互作用。各種現(xiàn)象之間相互耦