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《材料成型计算机模拟》铜陵学院课程实验报告实验名称圆柱体压缩过程模拟实验课程材料成型计算机模拟指导教师X XX专业班级XXXX■姓 名X XX .学 号XXXXXXX■2012年5月1日实验一圆柱体压缩过程模拟1实验目的与内容 1.1实验冃的工件砧 板进一步熟悉AUTOCAD或PRO/E 实体三维造型方法与技艺，掌握 DEFORM软件的前处理、后处理的操 作方法与热能，学会运用DEFORM软件 分析压缩变形的变形力学问题1.2实验内容运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱 坯床缩过程)压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200x200x20材 质 DIN-D5-1U,COLD,温度室温T件：材质 DIN_CuZn40Pb2,尺 寸如表所示，温度室温表一实验参数序号圆柱体直径，圆林体高度，摩擦系数，滑 动摩擦锤头运动速压缩程度,%mmmm躲 mm/s1100150012021001500.21203100250012041002500.2120(二)实验耍求：⑴运用AUTOCAD或PRO/e绘制齐模具部件及棒料的三维造型，以stl格 式输出；(2) 设计模拟控制参数；(3) DEF0RM前处理与运算；(4)DEFORM后处理，观察I员I柱体压缩变形过程， 载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；(5) 比较方案1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形 后的形状差别，说明原因；(6) 提交分析报告(纸质和电子版)、模拟数据文件、日志文件。

2三维造型与模拟过程简述2」工模具及工件的三维造型根据给定的儿何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧 板的儿何实体，文件名称分别为workpiece, topdie, bottomdie,输出STL格式2.2压缩过程模拟 221前处理建立新问题：程序—>DEFORMTFileTNew Problem- Next-在 Problem Name栏中填写“Forging” -> Finish->进入前前处理界面；单位制度选择：点击Simulation Control按钮->Main按钮T在Units栏中选 中SI （国际标准单位制度）添加对象：点击◎按钮添加对象，依次为“workpiece”、4< topdie v > 定义对彖的材料模型：在对象树上选择workpiece ->点击T选中Plastic选项（塑性）T点击兰严 /…省9填入温度, 如20t点击OK按钮；在对象树上选择topdie T点击 Genera：按钮T选中 Rigid选项（刚性）T点击^巴e二」按钮T填入温度，20T点击OK 按钮T勾选Primary Die选项（定义为extrusion dummy block主动工具）-如此 重复，定义其它工模具的材料模型（不军选Primary Die O ）。

调整对象位置关系：在工具栏点击占：进入对象位置关系调整对话框T根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系T点击OK按钮完成 实体网格化：在对象树上选择workpiece->点击 Xesh T点击 Detag Settings | 选择 absoluteT在 Min Element Size 填入 3t点击进"曲凹工件网格生成； 筑| 乂 •模拟控泠二点击叟~>・心T选中SI选项，勾选 “Deformation” 选项，点击巫卩 -在Number of Simulation Steps栏中填入模拟步数->StepIncrement to Save栏中填入每隔儿步就保存模拟信息T在Primary Die栏中选择 extrusion dummy block （以挤压垫为主动丨.具）T在 With Constant Time Increment 栏中填入时间步长t点击OK按钮完成模拟设置；设置对象材料属性：在对象树上选workoiece-^皿"：一点击91-> 点击other—选择DIN-CuZn40Pb2T点击_兰_I完成材料盾…卫.I设置主动工具运行速度：在对象树上选择topdie T点击Mo^ent T在 speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项->在Direction选中主动丁.具运行， ・Z->在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant, 冏 女0 1 mm/secI】件体积补偿：在对象树上选择workpiece-^点击Properties 在Creep卩亍在 Target Volume 选项中选 罔・完成补偿；一->在对话框上选择workpiece一topdie->Calculation 卡上选中 Active 选项 B Active in FEX - aeshing 〉点击动界条件宗义：在工具栏上点击点击求 E"t..._ | —点击 Deformation 卡 Friction 栏上选中 Shear 和 Constant 选项, 填入摩擦系数，如（）・2->点市Close按钮T如此重复，依次设置其它接触关系T 点击工兰a：：_ T点击一W」-点击OK按钮完成边界条件设置；保存k文件：在对彖树上选择workpiece->点击Save按钮->点击保存按钮T 保存工件的前处理信息T重复操作，依次保存各工模具的信息。

2.2.2生成库文件在工具栏上点击St在Type栏选中New选项T选择路径(英文)T填入 数据库文件名(英文)，如forging T点击—：h6C^l T没有错课信息则点击 上牡|_＞完成模拟数据库的生成2.2.3退出前处理程序在工具栏上点击・,退出前处理程序界面3.模拟实验结果分析■■■I■13.1观察应力分布(图1)Sup 15:- Mti -n-xu■■・■■I(b)(高度150摩擦系数0.2)(a)高度150摩擦系数0(c)(高度250摩擦系数0)⑷(高度250摩擦系数0.2)1) 比较上图1(a)和图1(b)的颜色分布并在每个区域随机用鼠标点击一些点查 看最大应力值，可以看出：%1 摩擦系数为0时，坯料各部分应力分布较均匀，处于三向压应力状态，为 均匀变形1 摩擦系数为0.2时，坯料各部分应力分布不均匀：由于受到接触表面摩擦 力的影响，会使接触表面附近的金属变形受阻而接触表面摩擦力的影响，沿径 向由侧边向中心逐渐增强，沿高度方向由端面向中心逐渐减弱，故产生不均匀变 形2) 比较上图1(c)和图1(d),其与图11(a)和图(b)应力分布情况相似再比较图11(a)和图11(c),可以看出：不同高度，在相同压下量下，应力分布同样较均 匀，但最大应力的大小有所差异。

最后比较图11(b)和图11(d)可以看出：不同高 度，在相同压下量下，不均匀变形所对应的各个区域的体积跟最大应力大小都有 所差异综上，高度对均匀变形和不均匀变形的应力状态同样有影响3.2观察最大应变分布(图2)Slop 15Step 151-n・・.■AbOOMi3•ora(a)方案一(高度150摩擦系数0)A 010C• OltfStep 251■bi1■(b)方案二(高度150摩擦系数0.2)(c)方案三(高度250摩擦系数0) (d)方案四(高度250摩擦系数0.2)1) 比较图2 (a)和图2(b)的颜色分布并在每个区域随机用鼠标点击一些点查看 最大应变值，可以看出：%1 摩擦系数为0时，坯料各部分应变分布较均匀，为均匀变形由丁坯料在 轴向上的为压缩变形且变形量为0.2,根据•体积不变定律并参照图中最大应力值， 可知该坯料在径向和周向均为拉伸变形，所以该坯料处于一向压缩两相拉伸应变 状态观察变形前后的坯料形状，还可以发现具形状在变形前后相似，这点符合 均匀变形的特点1 摩擦系数为0.2时，坯料各部分应变分布不均匀：位于圆柱体端部接触面 附近，由于受接触面摩擦影响较大，且远离与垂直作用力轴线呈大致45。

交角 的最有利滑移区域，在此区域内产生塑性变形较为困难，为难变形区；处于与垂 直作用力大致为45交角的最有利变形区域，且受摩擦影响较小，因此在此区域 内最易发生塑性变形，为易变形区处丁•易变形区四周的区域，具变形量介于难变形区与易变形区Z间，为自由变形区观察变形前后的坯料形状，便可以发现 其形状在变形后呈单鼓形，这正是由于不均匀变形2) 比较图2(c)和图2(d),其与图(a)和图(b)应变分布情况相似再比较图 2(a)和图2(c),可以看出：不同高度，在相同压下量下，应变分布同样较均匀， 但最大应变的大小有所差异最后比较图2(b)和图2(d)可以看出：不同高度，在 相同压下量下，不均匀变形所对应的各个区域的体积跟最大应变大小都有所差 异综上，高度对均匀变形和不均匀变形的应变状态同样有影响3. 3载荷分布图(图3)Y31的loed Pr^ctionTfWCWC)Load FractionTctw(WC)(a)载荷曲线图(高：150摩擦：0)low 尸(b)载荷曲线图(高：150摩擦：0.2)(c)载荷曲线图(高：250摩擦：0) (d)载荷曲线图(高：250摩擦：0.2)1) 比较图3中每条线段可以看出：在开始较短时间内载荷呈线性增大，该段 时间内的变形为弹性变形，由于原子间相互作用力使载荷迅速增加，变形很小； 在后而的所有时间内载荷呈非线性增长，该时间内的变形主耍为塑性变形，由于 加T硬化，变形较大，载荷增长较弹性变形慢。

2) 比较方案一和方案二对应的曲线可以看岀：方案二接触表而有摩擦力即产 生不均匀的坯料，塑性变形阶段的载荷曲线高于方案一接触表而无摩擦即产生均 匀变形的坯料3） 比较方案三和方案四对应的曲线，其与方案一和方案二的情况相似只是 载荷大小有所差异4） 比较方案一和方案三对应的曲线可以看出：相同压下量，均无摩擦的这两 种情况，高度为150的载荷曲线比高度为250的载荷曲线高很多这是由于高度 低的坯料在傲粗时，加工硬化程度较大，变形抗力较大比较方案二和方案四对 丿应的曲线可以看出：相同压下量，摩擦系数相同的这两种情况，高度为150的载 荷曲线比高度为250的载荷曲线高很多3.4点追踪分析3. 4. 1跟踪点最大应力分析（图4）（a）最大应力（高:150摩擦:0）Aomt TncMing（b）最大应力（高:150摩擦：0.2）5Port Tndiing Soram Rate (BTectM?) ((frwn*rmy$ec)（c）最大应力（高:250摩擦：0） （d）最大应力（高:250摩擦：0.2）1）观察方案一和方案三各跟踪1）观察图4（a）和图4（c）,可以看出：在前面极短时间内，为弹性变形，应 力呈线性变化；后面的时间内，主要为塑性变形，呈非线性变化。

除表面儿个点外，坯料其他各点均为三向压应力状态，且应力分布较均匀2) 观察。