DEFORM實(shí)驗(yàn)報(bào)告——鐓粗

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)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 張 金 標(biāo) 專業(yè)班級 09材控（1） .姓 名 萬 偉 學(xué) 號 2012年04月29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熱能，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)容運(yùn)用DEFORM模擬如圖1所示的圓柱坯壓縮過程。砧板工

2、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20020020mm，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

3、壓縮變形過程，載荷曲線圖，通過軸對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，top die，bottom die，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DEFORM-3D Ver 6.1FileNew Problem Next在Problem N

4、ame欄中填寫“Forging” Finish進(jìn)入前前處理界面；單位制度選擇：點(diǎn)擊Simulation Control按鈕Main按鈕在Units欄中選中SI（國際標(biāo)準(zhǔn)單位制度）。添加對象：點(diǎn)擊+按鈕添加對象，依次為“workpiece”、“top die”、“bottom die”。定義對象的材料模型：在對象樹上選擇workpiece 點(diǎn)擊General按鈕選中Plastic選項(xiàng)（塑性）點(diǎn)擊Assign Temperature按鈕填入20點(diǎn)擊OK按鈕；在對象樹上選擇top die 點(diǎn)擊General按鈕選中Rigid選項(xiàng)（剛性）點(diǎn)擊OK按鈕勾選Primary Die選項(xiàng)如此重復(fù)，定義其它工模

5、具的材料模型（不勾選Primary Die選項(xiàng)）。實(shí)體網(wǎng)格化：在對象樹上選擇workpiece點(diǎn)擊 Mesh （采用絕對劃分）點(diǎn)擊Detail Settings選擇Absolute將Min Element Size中數(shù)據(jù)改為3點(diǎn)擊Surface MeshSolid Mesh，工件網(wǎng)格生成；工件體積補(bǔ)償：在對象樹上選擇workpiece點(diǎn)擊Property在Target Volume卡上選中Active選項(xiàng)點(diǎn)擊Calculate Volume按鈕點(diǎn)擊Yes按鈕。設(shè)置對象材料屬性：在對象樹上選擇workpiece點(diǎn)擊Material右邊；Load material from library點(diǎn)擊ot

6、her選擇DIN-CuZn40Pb2點(diǎn)擊了Load完成材料屬性的添加；同理應(yīng)用于top die，bottom die 材料的添加。設(shè)置主動(dòng)工具運(yùn)行速度：在對象樹上選擇top die 點(diǎn)擊Movement在speed/force選項(xiàng)卡的type欄上選中Speed選項(xiàng)在Direction選中主動(dòng)工具運(yùn)行，選擇-Z在speed卡上選中Define選項(xiàng)，其性質(zhì)選為Constant value，填入速度值，1mm/s；步數(shù)和步長的設(shè)定：在工具欄上點(diǎn)擊Simulation Control按鈕點(diǎn)擊Step，在Number of Simulation Steps右格中填入30Step Increment to

7、 Save 格中輸入3點(diǎn)擊With die Displacement ，輸入1mm。（后面三個(gè)實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)際設(shè)定步數(shù)及步長）邊界條件定義：在工具欄上點(diǎn)擊Inter-Object按鈕在對話框上選擇workpiecetop die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)0（一般默認(rèn)是0） 點(diǎn)擊Close按鈕點(diǎn)擊Apply to other Relations，點(diǎn)擊Generate all按鈕點(diǎn)擊OK按鈕完成邊界條件設(shè)置；2.2.2 生成庫文件在工具欄上點(diǎn)擊Database generation按鈕 點(diǎn)擊Check按鈕沒有錯(cuò)誤信

8、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Quit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)算對話框。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Post Processor欄中單擊DEFORM-3D Post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；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；觀察最大應(yīng)力分布：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Max Stress，

9、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Max Strain，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Load Stroke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Point Tracking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。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析以下實(shí)

10、驗(yàn)（a）方案代表高度為150mm、摩擦系數(shù)為0； （b）方案代表高度為150mm、摩擦系數(shù)為0.2； （c）方案代表高度為250mm、摩擦系數(shù)為0； （d）方案代表高度為250mm、摩擦系數(shù)為0.2；3.1圓柱體壓縮變形大致過程 （a） 高度為150mm、摩擦系數(shù)為0壓縮變形過程 （b） 高度為150mm、摩擦系數(shù)為0.2壓縮變形過程（c） 高度為250mm、摩擦系數(shù)為0壓縮變形過程 （d）高度為250mm、摩擦系數(shù)為0.2壓縮變形過程圖2 （a）、（b）（c）（d）四種方案的壓縮變形過程從上圖2中對比可以明顯看出方案（a）與方案（c）在壓縮過程中都是均勻變形，未出現(xiàn)鼓形輪廓，而方案（b）與方

11、案（d）在壓縮過程中出現(xiàn)不均勻變形，圓柱體四周出現(xiàn)鼓形輪廓。由此可知圓柱體在鐓粗時(shí)除受變形工具的壓縮力外，在與工具接觸的端部還受接觸摩擦力的作用，由于接觸摩擦力阻礙金屬質(zhì)點(diǎn)橫向流動(dòng)，使圓柱體在鐓粗時(shí)產(chǎn)生鼓形。對比方案（c）、（d），即在有摩擦條件下（摩擦系數(shù)相等），當(dāng)H/d 2 出現(xiàn)的單鼓形較為明顯。 （a） 高度為150mm、摩擦系數(shù)為03.2 最大應(yīng)力比較（b） 高度為150mm、摩擦系數(shù)為0.2 (c) 高度為250mm、摩擦系數(shù)為0 (d) 高度為250mm、摩擦系數(shù)為0.2圖3 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案的最大應(yīng)力分布 觀察下圖3 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案的

12、最大應(yīng)力分布（1）高度相同，接觸摩擦系數(shù)不同： 由上圖3中對比方案（a）和方案（b），圓柱體表面及內(nèi)部最大應(yīng)力分布截然不同。方案（a）中最大應(yīng)力2.24Mpa（最大拉應(yīng)力），最小應(yīng)力為-2.48Mpa（最大壓應(yīng)力），而最大應(yīng)力主要分布在圓柱體的表面以及接觸面的邊緣處，內(nèi)部應(yīng)力分布比較均勻，主要為壓應(yīng)力，分布比較均勻。方案（b）中最大應(yīng)力為9.42Mpa，最小應(yīng)力為-99.6Mpa，最大應(yīng)力主要位于圓柱體的表面以及靠近表面處，此區(qū)由于環(huán)向（切向）出現(xiàn)附加拉應(yīng)力使其應(yīng)力發(fā)生變化，環(huán)向拉應(yīng)力越靠近外層越大，而徑向壓應(yīng)力越靠近外層越小。最大壓應(yīng)力位于圓柱體上下斷面的圓心處，壓應(yīng)力延徑向逐漸減小，在應(yīng)力

13、圖中呈現(xiàn)出同心圓；延軸線向內(nèi)呈錐形逐漸減小。由于圓柱體端部的接觸面附近，受接觸摩擦的影響較大，在原理與垂直面的作用力軸線呈大致45度交角的易產(chǎn)生劃一的，在此區(qū)域產(chǎn)生塑性變形較為困難，具有強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)。比較方案（c）和方案（d），方案（c）中最大應(yīng)力為1.37Mpa，最小應(yīng)力為1.53Mpa，最大拉應(yīng)力主要分布在圓柱體的表面，最小應(yīng)力即最大壓應(yīng)力一小點(diǎn)區(qū)域分布在圓柱體表面，應(yīng)力分布比較均勻。方案（b）中最大應(yīng)力為5.22Mpa，最小應(yīng)力為-58.3Mpa，其分布及形成原因與方案（b）類似。（2）接觸摩擦系數(shù)相同，高度不同：比較方案（a）和方案（c），摩擦系數(shù)均為0時(shí)，壓下量越大，產(chǎn)生的附

14、加應(yīng)力拉應(yīng)力和附加壓應(yīng)力就越小，最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力均分布在圓柱體表面上。比較方案（b）和方案（d），摩擦系數(shù)均為0.2時(shí)，壓下量越大，圓柱體壓縮變形過程中最大壓應(yīng)力越小，最大拉應(yīng)力越小，且應(yīng)力分布區(qū)域大致相同。 綜上所述，接觸摩擦系數(shù)以及高度對圓柱體鐓粗時(shí)變形均有影響。3.3最大應(yīng)變比較 觀察下圖4中（a）、（b）、（c）、（d）四種方案的最大應(yīng)變分布（1）高度一樣，接觸摩擦系數(shù)不一樣：比較方案（a）和方案（b），從表面及內(nèi)部的應(yīng)變狀態(tài)圖可以得出，無摩擦鐓粗時(shí)，應(yīng)變分布比較均勻，圓柱體的四周處于拉伸狀態(tài)，軸向處于壓縮狀態(tài)，屬于典型的一向壓縮，兩向拉伸狀態(tài)，為自由變形；而方案（b）有摩擦鐓粗

15、時(shí)，圓柱體應(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度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度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)。觀察變形前后的圓柱體的形狀，便可以發(fā)現(xiàn)其形狀在變形后呈單鼓形（不夠明顯）。比較方案（c）和方案（d）的應(yīng)變分布及其分析原因于中大致相同。由此可以得出，接觸摩擦系數(shù)對應(yīng)變的分布有影響。（2）接觸摩擦系數(shù)相同，高度不同：比較方案（a）和方案

16、（c），圓柱體接觸摩擦系數(shù)均為0時(shí)，其表面應(yīng)變分布和內(nèi)部應(yīng)變分布都比價(jià)均勻，符合壓縮過程中均勻變形；比較方案（b）和方案（d），圓柱體接觸摩擦系數(shù)均為0.2時(shí)，其表面應(yīng)變分布和內(nèi)部應(yīng)變分布都不均勻，各部分最大應(yīng)變存在的明顯的差異。綜上可以得出，圓柱體在壓縮變形過程中，接觸摩擦系數(shù)和圓柱體高度對對最大應(yīng)變均有不同程度的影響。 （a）高度為150mm、摩擦系數(shù)為0(b) 高度為150mm、摩擦系數(shù)為0.2 （c）高度為250mm、摩擦系數(shù)為0 （d）高度為250mm、摩擦系數(shù)為0.2圖4 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案的最大應(yīng)變分布3.4 溫度變化比較 （a） （b） （c） （d）圖5

17、（a）、（b）、（c）、（d）四種方案壓縮變形后溫度變化從圖5中可以看出，（a）、（b）、（c）、（d）四種方案壓縮變形后溫度基本上無明顯變化，原因都是在室溫20環(huán)境下模擬的，圓柱體與錘頭和砧板無熱交換。從理論上分析，金屬在進(jìn)行塑性變形時(shí)，由于金屬流動(dòng)而產(chǎn)生些許熱量，應(yīng)有溫度變化，但未出現(xiàn)溫度變化，可能的原因是壓縮變形的時(shí)間過長（30s、50s），變形產(chǎn)生的熱散失了。而且，有接觸摩擦的在壓縮變形過程中產(chǎn)生的變形熱更多，都未能表現(xiàn)出來。3.5 壓縮變形后破壞系數(shù)的比較從圖6中可以看出，（a）、（b）、（c）、（d）四種方案壓縮變形后破壞系數(shù)均未發(fā)生變化，即損傷系數(shù)均為0。從理論上分析可以得出，方

18、案（a）和方案（c）壓縮變形屬于均勻變形，損傷系數(shù)應(yīng)該為0，但是方案（b）和方案（d）壓縮變形屬于不均勻變形，如方案（b）在壓縮過程中產(chǎn)生單鼓形，在圓柱體四周產(chǎn)生較大的環(huán)向拉應(yīng)力作用，也就意味著由于處于拉應(yīng)力的作用下，圓柱體四周會(huì)出現(xiàn)裂紋或者潛在的微觀裂紋，即使壓下率只有20。所以在用DEFORM進(jìn)行模擬時(shí)，也存在一些缺陷。 (a) (b) (c) (d) 圖5 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案壓縮變形后破壞系數(shù)變化3.6 行程載荷曲線分析 (a) (b) (c) (d)圖7 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案壓縮變形過程中行程載荷曲線觀察上圖7、下圖8和表二所示：總體分析：四種方案

19、中行程載荷曲線的大致走向呈逐漸上升趨勢，整個(gè)過程大致可以分兩個(gè)階段，第一階段為彈性變形階段，此階段載荷曲線的斜率大，即行程變化小而載荷力變化大，這是由于要克服原子間的相互作用力；第二階段為塑性變形階段，此階段載荷曲線的斜率較小，即行程變化大而載荷力變化小，在壓縮變形過程中產(chǎn)生了加工硬化，使其變形抗力增加，故載荷力繼續(xù)增加。高度相同，摩擦系數(shù)不同：比較方案（a）和方案（b），兩者在彈性變形階段和塑性變形階段的行程載荷曲線大致平行（通過圖7），有接觸摩擦系數(shù)的壓縮過程載荷力在相同時(shí)刻大于無摩擦的載荷力（通過表二）。比較方案（c）和方案（d）的結(jié)果與大致相同，不過相對于方案（a）、（b）在塑性變形階

20、段，相同的變化行程，前者的載荷力變化較大。仔細(xì)觀察（d）載荷曲線，在彈性變形結(jié)束后出現(xiàn)載荷力瞬間回落階段，此階段可能是由于接粗摩擦導(dǎo)致表面金屬流動(dòng)困難而使整體延45方向發(fā)生滑移所致。由上可知，接觸摩擦系數(shù)影響行程載荷力，摩擦系數(shù)越大，載荷力越大，摩擦系數(shù)越小，載荷力越?。ㄏ鄬Φ模?。摩擦系數(shù)相同，高度不同：比較方案（a）和方案（c），雖然兩者都是屬于均勻變形，但是從圖7中可以明顯看出，行程相同時(shí)，高度越低，載荷力越大；反之，越小。即使壓下程度相同時(shí)，最終結(jié)果，高度越低，載荷力越大；反之，越小。比較方案（b）和方案（d），兩者都屬于不均勻變形，比較同上述類似。綜上可知圓柱體的接觸摩擦系數(shù)和高度對其

21、鐓粗變形過程中行程載荷有較大影響，接觸摩擦系數(shù)越大，載荷力越大，高度約低，載荷力越大。圖8 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案下載荷曲線對比表二 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案壓縮變形過程中行程載荷數(shù)據(jù)Time (sec)Z Load（N）(a)(b)(c)(d)000001.1.9.0.22.3.3.2.33.0.3.6.84.8.2.9.95.7.1.3.26.6.6.3.07.3.9.0.68.2.0.2.49.6.4.8.810.5.0.4.611.8.6.0.512.9.4.6.213.4.2.9.614.3.6.4.915.3.9.8.116.2.4.7.817.9.6

22、.0.318.4.1.5.219.6.8.6.020.2.9.5.321.0.4.3.222.6.6.3.623.0.6.2.524.3.5.8.925.4.5.4.226.2.3.9.627.1.2.0.828.0.9.0.929.9.5.5.130.8.0.6.331.6.632.2.633.4.134.3.235.8.036.2.037.5.438.6.839.4.740.2.541.1.642.0.143.3.044.9.245.2.246.9.347.5.548.6.849.8.150.6.5 (a)、(b)方案對應(yīng)的點(diǎn)追蹤圖示 (c)、(d)方案對應(yīng)的點(diǎn)追蹤圖示圖8 （a）、（b）

23、、（c）、（d）四種方案下的點(diǎn)追蹤位置圖示3.7 點(diǎn)追蹤最大應(yīng)力變化. （a） （b） (c) (d) )()圖9 （a）、（b）、（c）、（d）四種方案下點(diǎn)追蹤最大應(yīng)力變化趨勢總體上來分析，無論是均勻變形還是不均勻變形，在變化趨勢上主要分兩個(gè)階段，一是彈性變形階段，應(yīng)力變化大；二是塑性變形階段，應(yīng)力變化小（相對于彈性變化階段）。比較方案（a）和方案（b），在選取的8個(gè)追蹤點(diǎn)中，最大的不同點(diǎn)就是其中方案（a）中7號點(diǎn)的應(yīng)力為拉應(yīng)力且逐漸變大，而方案（b）中7號點(diǎn)的應(yīng)力為壓應(yīng)力，且壓應(yīng)力逐漸增大。其余對應(yīng)點(diǎn)的變化趨勢大致相同。如果細(xì)看（b），點(diǎn)1、2、3三點(diǎn)的應(yīng)力在相同時(shí)刻依次減小，由于圓柱體表面有接觸摩擦，產(chǎn)生粘著區(qū)，都處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。比較方案（c）和方案（d），其變化趨勢同（1）大致相同。方案（d）中圓柱體上表面處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，而曲線的走勢與其他點(diǎn)明顯不同，其他點(diǎn)的應(yīng)力變化幾乎