有限元分析系统

铜陵学院DEFORM课程论文(设计)

论文题目：DEFORM有限元分析系统

及其在加工中的应用

姓名：陈伟

学号：0910121007

系别：机械工程系

专业：材控

指导老师：张金标

铜陵学院

2012 年 4 月

DEFORM有限元分析系统

及其在加工中的应用

摘要：本文介绍了DEFORM有限元分析系统产生的历史背景、系统结构及其技术

特性,给出了DEFORM在加工中的一些应用实例。有力地证明了deform强大、灵活的处理功能。

关键词DEFORM软件有限元分

0 引言

随着现代经济的迅速发展, 制造业企业在新的历史条件下面临着更多的压力, 需要最大程度地减少研发、生产的成本。计算机辅助模拟技术就是在这一背景下产生的, 它为降低成本创造了条件, 并在实际生产中得到愈来愈广泛的应用。CAE 技术模拟分析金属在塑性变形过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广泛的应用。CAE 技术的成功运用, 不仅大大缩短了模具和新产品的开发周期, 降低了生产成本, 提高企业的市场竞争能力, 而且有利于将有限元分析法和传统的实验方法结合起来, 从而推动模具现代制造业的快速发展。

1 DEFORM简介

DEFORM( Design environment for forming) 是由美国Battelle Columbus 实验室在八十年代早期着手开发的一套有限元分析软件。早期的DEFORM- 2D 软件只能局限于分析等温变形的平面问题或者轴对称问题。随着有限元技术的日益成熟, DEFORM 软件也在不断发展完善, 目前, DEFORM 软件已经能够成功用于分析考虑热力耦和的非等温变形问题和三维变形( DEFORM-3D) , 此外, DEFORM 软件可视化的操作界面以及强大而完善的网格自动再划分技术,都使DEFORM 这一商业化软件在现代工业生产中变得愈来愈实用而可靠。

2.1 DEFORM的系统结构：

DEFORM是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统, 它主要包括前处理器、有限元模拟器、后处理器三大模块:

(1) 前处理器处理模具和坯料的材料信息及几何信息的输入、成形条件的输入,

建立边界条件, 它还包括有限元网格自动生成器;

(2) 有限元模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘) 塑性、热传递于一体的有限元求解器;

(3) 后处理器是将模拟结果可视化, 输出用户所需的模拟数据信息。

DEFORM 允许用户对其数据库进行操作,对系统设置进行修改, 以及定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数。

2.2 DEFORM 的主要功能DEFORM用来分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用, 各种现象之间相互耦合。

2.2.1 成形分析

(1) 冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析, 提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息;

(2) 刚性、弹性和热粘塑性材料模型, 特别适用于大变形成形分析, 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题, 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形;

(3) 完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形;

(4)温度、应力、应变、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了。

2.2.2 热处理

(1) 模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程;

(2) 预测硬度、晶粒组织、成分和含碳量;

(3) 可以输入各段淬火数据来预测最终产品的硬度分布;

(4) 可以分析各种材料晶相, 每种晶相都有自己的弹性、塑性、热属性和硬度属性。混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种金属的百分比。

3 DEFORM的技术特性

为了真实地描述塑性成形过程, 一个完整的模拟系统必须处理好有限元中的一些关键技术, 同时还得综合考虑现场实际生产条件。DEFORM你的一系列技术特性有效地解决了上述两个问题。这些技术特性具体表现在以下几个方面:

(1) 网格自动生成及其再划分

DEFORM以严格控制体积损失和保证场量的有效继承为准则, 具备一个高度自动化智能化的网格划分及其再划分的生成器。从而保证了模拟过程的顺利进行, 无须人工干预。

( 2) 分析对象的多元化

DEFORM将参与成形的物体均作为分析对象, 即可以分析变形体的塑性成形过程及其残余应力, 又可以分析模具的应力、弹性或弹塑性变形。

( 3) 多工步成形

DEFORM将多工步成形问题的各个预成形及终成形工步进行有效安排,依次进行模拟并自动实现工步间物理信息的相互传递。

( 4) 成形缺陷的预测

DEFORM 建立了较为完善的质点脱模及材料断裂准则, 可以有效预测表面折叠、缩孔、表面裂纹、内部裂纹等常见成形缺陷。

( 5) 模拟结果分析

DEFORM不但提供常规的网格、等值线、等色面等图形显示工具, 而且还配备载荷行程曲线、质点场量跟踪、试件格线变形跟踪等塑性加工专用处理工具。( 6) 成形设备的多样化

DEFORM提供了分别适用于机械压力机、液压机、摩擦压力机、螺旋压力机、锤上锻造等常用塑性加工设备的模具运行方式。

( 7) 材料库的建立

DEFORM建立了150 多种常见的金属、非金属材料数据库, 同时允许用户定义自己的材料流动应力模型及材料属性系数。

( 8) 平面向空间的发展

近年来, 在逐渐完善二维模拟系统的同时,DEFORM致力于三维模拟系统的开发, 以满足对复杂塑性加工过程模拟的需要。目前,DEFORMTM 一3 D 日趋成熟, 已进入使用阶段。

( 9) 数据接口

DEFORM 同CAD/CAM系统建立了IGES和STL等通用数据接口, 同AMG、IDEAS和PATRAN等有限元网格生成器建立了专用的数据接口。

( 10) 运行平台的多样化

为了满足不同规模、不同经济实力的用户的需要,DEFORM 脚系统具有分别适用于工作站和PC机运行的版本。

4实例应用

为了验证DEFORM软件的模拟精度及效率, 建立了铝球壳热拉深2维及3 维模型 ( 图1) ,