CAE預作實驗報告

重慶理工大學材料成形CAE報告課程名稱姓名XXX班級XXX學號XXX日期XXX2011年11月

實驗課程名稱：材料成形CAE院系材料科學與工程專業(yè)班級材料成形與控制工程姓名XXX成績工藝產(chǎn)品名稱檔位齒輪成形工藝分析指導教師胡建軍（實驗報告應(yīng)包括以下6個方面內(nèi)容，表格不夠可加頁）一、實驗目的二、實驗原理三、使用儀器、材料四、實驗步驟五、實驗過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）六、實驗結(jié)果及分析一、試驗目的（多介紹具體產(chǎn)品的背景和想法）-1.了解傳統(tǒng)的體積成形工藝設(shè)計與成形分析的方法，掌握體積成形產(chǎn)品的成形難點和工藝設(shè)計要素；-2.DEFORM成形軟件把體積成形的理論和數(shù)值模擬結(jié)合起來，學會利用計算機輔助進行成形工藝分析；-3.學會從模擬分析的后處理結(jié)果中預測、分析體積成形或開裂等缺陷；-4.了解如何針對不同的模擬分析結(jié)果和可能出現(xiàn)的不同缺陷對現(xiàn)有工藝進行優(yōu)化設(shè)計和有效改進。二、實驗原理（多寫工藝考慮和選擇）?1有限元分析概述對于一般的工程受力問題，希望通過平衡微分方程、變形協(xié)調(diào)方程、幾何方程和本構(gòu)方程聯(lián)立求解而獲得整個問題的精確解是十分困難的，一般幾乎是不可能的。隨著20世紀五六十年代計算機技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展、以及工程實踐中對數(shù)值分析要求的日益增長，并發(fā)展起來了有限元的分析方法。有限元法自1960年由Clough首次提出后，獲得了迅速的發(fā)展；雖然首先只是應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，但很快就廣泛應(yīng)用于求解熱傳導、電磁場、流體力學、成形工藝等連續(xù)問題。-2塑性有限元的基本概念金屬塑性變形過程非常復雜，是一種典型的非線性問題，不單包含材料非線性，也有幾何非線性和接觸非線性。因此，塑性有限元與線彈性有限元相比也就復雜得多，這主要體現(xiàn)為：1.由于塑性變形區(qū)中的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系為非線性的，為了便于求解非線性問題，必須用適當?shù)姆椒▽栴}進行線性化處理；一般采用增量法（或稱逐步加載法），即將物體屈服后所需加的載荷分成若十步施加，在每個加載步的每個迭代計算步中，把問題看作是線性的。塑性問題的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系不一定是一一對應(yīng)的；塑性變形的大小，不僅取決于當時的應(yīng)力狀態(tài)，而且還決定于加載歷史；而卸載與加載的路線不同，應(yīng)變關(guān)系也不一樣；因此，在每一加載步計算時，一般都應(yīng)檢查塑性區(qū)內(nèi)各單元是處于加載狀態(tài)，還是處于卸載狀態(tài)。塑性變形中，金屬與工模具的接觸面不斷變化；因此，必須考慮非線性接觸與動態(tài)摩擦問題。塑性理論中關(guān)于塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與硬化模型有多種理論，材料屬性有的與時間無關(guān)，有的則是隨時間變化的粘塑性問題；于是，采用不同的理論本構(gòu)關(guān)系不同，所得到的有限元計算公式也不一樣。-3剛（粘）塑性有限元的基本原理在塑性加工的體積成形工藝中，變形體產(chǎn)生了較大的塑性變形，而彈性變形相對很小，可以忽略不計，此時可認為是剛塑性問題，如鍛造、擠壓等；相應(yīng)地則可以用剛塑性有限元法分析。剛塑性有限元法是在馬爾可夫（Markov）變分原理的基礎(chǔ)上，引入體積不可壓縮條件后建立的。四、實驗步驟-1.三維造型與模具設(shè)計-1）對指定的二維產(chǎn)品圖，使用ugNX2.0造型；-2）根據(jù)產(chǎn)品模型，確定成形工藝并將成形模具工作部分和所需坯料進行造型；-3）將所得三維模型轉(zhuǎn)換為STL格式，取好相應(yīng)的文件名，比如。Topdie.stl,botdie.stl,billet.stl。2.網(wǎng)格劃分和前處理1）打開deform軟件，新建一個文件，文件取名name.key;2）打開前處理文件界面分別增加工具體，topdie和bottomdie（workpiece已經(jīng)存在）。3）在各個工具體上相應(yīng)導入幾何體（就是前面所導出的stl文件。4）檢查上述幾何體幾何狀況。5）對坯料進行網(wǎng)格劃分（有熱傳導情況模具也應(yīng)劃分網(wǎng)格）6）為坯料定義材料（有熱交換的也需要對模具定義材料）7）定義工具體的速度（對軋制等給定坯料的初速度）8）定義邊界條件，坯料性能（體積補償）9）定義控制的單位和模擬類型，以及步長和運算停止條件。10）自動靠模和邊界接觸的定義。11）檢查并生成分析所需db文件12）進行模擬分析，完成或觀察后處理結(jié)果。五、實驗過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）1產(chǎn)品圖2模具三維圖形JJ.EW-日E?寸告凸模坯料凹模2模具三維圖形JJ.EW-日E?寸告凸模坯料凹模3工藝參數(shù)材料網(wǎng)格數(shù)目摩擦系數(shù)成形溫度模擬步數(shù)每步步長20CrMoV200000.25800-820oC1000.02mm4等效應(yīng)變圖Stress-Effective206LoadPredictionZLoad(N)23803841904307142823047SD77六Stress-Effective206LoadPredictionZLoad(N)23803841904307142823047SD77分析結(jié)果的應(yīng)變圖形可以看出，此產(chǎn)品完全可以一次成形，沒有出現(xiàn)折迭和充不滿等缺陷，應(yīng)該說此工藝是成功的，不過從應(yīng)變狀態(tài)看，工藝還有優(yōu)化的空間，可以從模具結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化進一步優(yōu)化材料流動，將應(yīng)變均勻化。利用DEFORM-3D有限元分析軟件，模擬金屬的流動規(guī)律和力能關(guān)系，能夠有效幫助設(shè)計人員優(yōu)化工藝參數(shù)和模具設(shè)計，減少模具的前期開發(fā)費用