Deform圆柱体压缩过程模拟Word下载.docx
- 文档编号:20583216
- 上传时间:2023-01-24
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:354.99KB
Deform圆柱体压缩过程模拟Word下载.docx
《Deform圆柱体压缩过程模拟Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《Deform圆柱体压缩过程模拟Word下载.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
尺寸200×
200×
20mm,材质DIN-D5-1U,COLD,温度室温。
工件:
材质DIN_CuZn40Pb2,尺寸如表1所示,温度室温。
表1实验参数
序号
圆柱体直径,mm
圆柱体高度,mm
摩擦系数,滑动摩擦
锤头运动速度,mm/s
压缩程度,%
1
100
150
20
2
0.4
3
250
4
(二)实验要求
(1)运用AUTOCAD或PRO/e绘制各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)DEFORM前处理与运算(参考指导书);
(4)DEFORM后处理,观察圆柱体压缩变形过程,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实验过程
2.1工模具及工件的三维造型
根据给定的几何尺寸,运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体,文件名称分别为workpiece,topdie,bottomdie,输出STL格式。
2.2压缩过程模拟
2.2.1前处理
建立新问题,单位制度选择,添加对象,定义对象的材料模型,调整对象位置关系,模拟控制设置,实体网格化,设置对象材料属性,设置主动工具运行速度,工件体积补偿,边界条件定义,保存k文件,
2.2.2生成库文件
在工具栏上点击Databasegeneration按钮在Type栏选中New选项选择路径(英文)填入数据库文件名(英文),如forging点击Check按钮没有错误信息则点击Generate按钮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Exi按钮,退出前处理程序界面。
2.2.4模拟运算
在主控程序界面上,单击项目栏中的forging.DB文件单击Run按钮,进入运算对话框单击Start按钮开始运算单击Stop按钮停止运算单击Summary,Preview,Message,Log按钮可以观察模拟运算情况。
2.3后处理
模拟运算结束后,在主控界面上单击forging.DB文件在PostProcessor栏中单击DEFORM-3DPost按钮,进入后处理界面。
1)观察变形过程:
点击播放按钮查看成型过程;
2)观察温度变化:
在状态变量的下拉菜单中选择Temperature,点击播放按钮查看成型过程中温度变化情况;
3)观察最大应力分布:
在状态变量的下拉菜单中选择MaxStress,点击播放按钮查看成型过程中最大应力分布及其变化情况;
4)观察最大应变分布:
在状态变量的下拉菜单中选择MaxStrain,点击播放按钮查看成型过程中最大应变分布及其变化情况;
5)观察破坏系数分布:
在状态变量的下拉菜单中选择Damage,点击播放按钮查看成型过程中可能产生破坏的情况;
6)成型过程载荷:
点击LoadStroke按钮,生成变形工具加载曲线图,保存图形文件为load.png;
7)点跟踪分析:
点击PointTracking按钮,根据上图点的位置,在工件上依次点击生成跟踪点,点击Save按钮,生成跟踪信息,观察跟踪点的最大应力、最大应变、温度、破坏系数,保存相应的曲线图。
3实验结果与分析
3.1观察变形过程
以下实验(a)方案代表高度为150mm、摩擦系数为0;
(b)方案代表高度为150mm、摩擦系数为0.4;
(c)方案代表高度为250mm、摩擦系数为0;
(d)方案代表高度为250mm、摩擦系数为0.4;
方案(a)、(b)、(c)、(d)实验的圆柱体大致变形过程分别如下图分别所示:
(a)高度150、摩擦系数0
(c)高度250、摩擦系数0
(b)高度150、摩擦系数0.4
(d)高度250、摩擦系数0.4
图1(a)、(b)、(c)、(d)四种方案的压缩变形过程
从上图1中对比方案(a)、(b)可以看出在高度相同的圆柱体镦粗,无摩擦系数的圆柱体变形后的形状任然是圆柱体,产生的是均匀变形;
摩擦系数为0.4的圆柱体变形后为单鼓形,产生的是不均匀变形。
这一现象产生的原因是工件和模具接触界面有摩擦的情况,工件不仅收到了压缩正应力也同时受到了摩擦剪应力的作用,表面金属质点流动受到束缚,产生鼓形的不均匀变形。
对比方案(a)、(c)可以看出无接触摩擦时,圆柱体高度对压缩变形无影响,任然是均匀变形。
对比方案(c)、(d),即在有摩擦条件下(摩擦系数相等),当H/d<
2比H/d>
2出现的单鼓形较为明显。
注:
试验中H/d>
2时摩擦系数为0.4的柱体压缩未产生双鼓形,与理论有差别,其原因可能是压缩量不够,现象不够够明显;
摩擦系数不够大或者与材料自身性质有关。
3.2温度变化
(b)高度150,摩擦系数0.4
(a)高度150,摩擦系数0
(c)高度250,摩擦系数0
(d)高度250,摩擦系数0.4
图2(a)、(b)、(c)、(d)四种方案的温度分布
从图2中可以看出,(a)、(b)、(c)、(d)四种方案压缩变形后温度基本上无明显变化,原因都是在室温(25摄氏度)环境下模拟的,圆柱体与锤头和砧板无热交换。
从理论上分析,金属在进行塑性变形时,由于金属流动而产生些许热量,应有温度变化,但未出现温度变化,可能的原因变形量太小,产生的热量太少,不足以使得金属的温度有明显的上升,所以在模拟情况下看不到温度变化。
3.3最大应力比较
3.3.1最大应力云图分析
图3(a)、(b)、(c)、(d)四种方案的最大应力分布
3.3.2最大应力半剖云图分析
图4(a)、(b)、(c)、(d)四种方案的最大应力半剖云图分布
分析:
观察上图3及图4(a)、(b)、(c)、(d)四种方案的最大应力分布
(1)高度相同,接触摩擦系数不同:
①由上图4中对比方案(a)和方案(b),圆柱体表面及内部最大应力分布截然不同。
方案(a)中最大、最小应力相同为-2.48Mpa,应力分布比较均匀,主要为压应力。
方案(b)中最大应力为1.85Mpa,最小应力为-4.5Mpa,最大应力主要位于圆柱体的表面以及靠近表面处,
②比较方案(c)和方案(d),方案(c)中最大应力为0.0192Mpa,最小应力为-0.055Mpa,最大拉应力主要分布在圆柱体的表面,最小应力即最大压应力一小点区域分布在圆柱体表面,应力分布比较均匀。
方案(b)中最大应力为1.85Mpa,最小应力为-4.57Mpa,其分布及形成原因与方案(b)类似。
(2)接触摩擦系数相同,高度不同:
①比较方案(a)和方案(c),摩擦系数均为0时,压下量越大,产生的附加应力拉应力和附加压应力就越小,最大拉应力和最大压应力均分布在圆柱体表面上。
②比较方案(b)和方案(d),摩擦系数均为0.4时,压下量越大,圆柱体压缩变形过程中最大压应力越小,最大拉应力越小,且应力分布区域大致相同。
综上所述,接触摩擦系数以及高度对圆柱体镦粗时变形均有影响。
3.4最大应变比较
图5(a)、(b)、(c)、(d)四种方案的最大应变分布
由图5可看出:
(1)高度一样,接触摩擦系数不一样:
①比较方案(a)和方案(b),从表面及内部的应变状态图可以得出,无摩擦镦粗时,应变分布比较均匀,圆柱体的四周处于拉伸状态,轴向处于压缩状态,属于典型的一向压缩,两向拉伸状态,为自由变形;
而方案(b)有摩擦镦粗时,圆柱体应变分布不均匀:
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度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度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。
处于易变形区四周的区域,其变形量介于难变形区与易变形区之间,为自由变形区。
观察变形前后的圆柱体的形状,便可以发现其形状在变形后呈单鼓形。
②比较方案(c)和方案(d)的应变分布及其分析原因于①中大致相同。
由此可以得出,接触摩擦系数对应变的分布有影响。
①比较方案(a)和方案(c),圆柱体接触摩擦系数均为0时,其表面应变分布和内部应变分布都比价均匀,符合压缩过程中均匀变形;
②比较方案(b)和方案(d),圆柱体接触摩擦系数均为0.4时,其表面应变分布和内部应变分布都不均匀,各部分最大应变存在的明显的差异。
综上可以得出,圆柱体在压缩变形过程中,接触摩擦系数和圆柱体高度对对最大应变均有不同程度的影响。
3.5压缩变形后破坏系数的比较
图6(a)、(b)、(c)、(d)四种方案的破坏系数分布
从图6中可以看出,(a)、(c)、(d)四种方案压缩变形后破坏系数均未发生变化,即损伤系数均为0;
方案(b)的破坏系数为中部鼓形边缘的破坏系数最大。
从理论上分析可以得出,方案(a)和方案(c)压缩变形属于均匀变形,损伤系数应该为0,但是方案(b)和方案(d)压缩变形属于不均匀变形,如方案(b)在压缩过程中产生单鼓形,在圆柱体四周产生较大的周向拉应力,由于中外部自由变形区变形程度最大,破坏程度也是最大的,理论模拟情况相符合。
但是(d)方案的破坏
系数为0,与理论不符合,理论上的破坏云图应该与(b)相似,因为在接触摩擦相同的情况下,H/D越大,金属流动的侧面翻平比例越大,因而不仅中部侧面存在较大破坏,破坏系数在上下侧面也有所增大。
之后笔者按照(c)方案做了几次重复试验,结果依然如此,可能这就是DEFORM软件存在的不足之处。
36行程载荷曲线分析
总体分析:
四种方案中行程载荷曲线的
大致走向呈逐渐上升趋势,整个过程大
致可以分两个阶段,第一阶段为弹性变
形阶段,此阶段载荷曲线的斜率大,即
行程变化小而载荷力变化大,这是由于
要克服原子间的相互作用力;
第二阶段
为塑性变形阶段,此阶段载荷曲线的斜
率较小,即行程变化大而载荷力变化小
,在压缩变形过程中产生了加工硬化,
使其变形抗力增加,故载荷力继续增加。
图7表示(a)、(b)、(c)、(d)四种方案压缩变形过程中行程载荷图
比较分析:
(1)高度相同,摩擦系数不同:
①比较方案(a)和方案(b),两者在弹性变形阶段和塑性变形阶段的行程载荷曲线大致平行(通过图7),有接触摩擦系数的压缩过程载荷力在相同时刻大于无摩擦的载荷力。
②比较方案(c)和方案(d)的结果与①大致相同,不过相对于方案(a)、(b)在塑性变形阶段,相同的变化行程,前者的载荷力变化较大。
仔细观察(d)载荷曲线,在弹性变形结束后出现载荷力瞬间回落阶段,此阶段可能是由于接粗摩擦导致表面金属流动困难而使整体延45°
方向发生滑移所致。
由上可知,接触摩擦系数影响行程载荷力,摩擦系数越大,载荷力越大,摩擦系数越小,载荷力越小。
(2)摩擦系数相同,高度不同:
①比较方案(a)和方案(c),虽然两者都是属于均匀变形,但是从图7中可以时,最终结果,高度越低,载荷力越大;
反之,越小。
②比较方案(b)和方案(d),两者都属于不均匀变形,比较同上述①类似。
3.7点追踪最大应力分析
图8(a)、(b)、(c)、(d)四种方案下点追踪最大应力变化趋势
总体上来分析,无论是均匀变形还是不均匀变形,在变化趋势上主要分两个阶段,一是弹性变形阶段,应力变化大;
二是塑性变形阶段,应力变化小。
并且无论选取的点的位置的不同,其应力变化趋势基本都相同。
4实验小结
本实验通过CAD和DEFORM对镦粗过程进行了模拟,经过无摩擦镦粗和有摩擦镦粗之间的对比分析,验证了均匀变形和不均匀变形的变形特点。
把书本的知识应用到模拟当中,使我对课本的知识有了更进一步的理解。
通过这次实验,培养了我运用书本知识解决实际问题的能力。
通过老师的讲解和PDF的学习,初步运用了DEFORM进行简易的应用,通过镦粗的前处理和求解以及后处理,对DEFORM有了一个全面的认识,虽然只是材料成型方面的应用,没有涉及到热处理的学习,但感觉DEFORM很强大,把AUTOCAD与DEFORM联系在一起能使自己的学习更加全面。
DEFORM能够帮助我们设计工具和产品工艺流程,减少昂贵的现场试验成本。
提高了工模具设计效率,降低生产和材料成本。
缩短了产品的研究开发周期。
同时我也学会了使用DEFORM-3D进行简单的材料成型模拟,分析成型过程中工件的应力、应变、破坏系数及挤压工具载荷的变化。
通过DEFORM软件的学习,为以后工作提供了一种非常实用的试验方法,也有助于现在对本专业的技术研究。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- Deform 圆柱体 压缩 过程 模拟
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)