Deform入门教程

Deform入门教程

DEFORM系列软件介绍

1. DEFORM-2D（二维）

适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学研究。

2. DEFORM-3D（三维）

适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。可以分析复杂的三维材料流动模型。用它来分析那些不能简化为二维模型的问题尤为理想。

3. DEFORM-PC（微机版）

适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。可以分析平面应变问题和轴对称问题。适用于有限元技术刚起步的中小企业。

4. DEFORM-PC Pro（Pro版）

适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。比DEFORM-PC功能强大，它包含了DEFORM-2D 的绝大部分功能。

5. DEFORM-HT（热处理）

附加在DEFORM-2D和DEFORM-3D之上。除了成形分析之外，DEFORM-HT还能分析热处理过程，包括：硬度、晶相组织分布、扭曲、残余应力、含碳量等。

DEFORM功能

1. 成形分析

冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析（DEFORM所有产品）。

丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金和超合金（DEFORM所有产品）。

用户自定义材料数据库允许用户自行输入材料数据库中没有的材料（DEFORM所有产品）。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（DEFORM所有产品）。

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（DEFORM所有产品）。

弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。

烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。

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（DEFORM 所有产品）。

用户自定义子函数允许用户定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数（DEFORM-2D，3D）。

网格划线（DEFORM-2D，PC，Pro）和质点跟踪（DEFORM所有产品）可以分析材料内部的流动信息及各种场量分布

温度、应变、应力、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了（DEFORM所有产品）。自我接触条件及完美的网格再划分使得在成形过程中即便形成了缺陷，模拟也可以进行到底（DEFORM-2D，Pro）

多变形体模型允许分析多个成形工件或耦合分析模具应力（DEFORM-2D，Pro，3D）。

基于损伤因子的裂纹萌生及扩展模型可以分析剪切、冲裁和机加工过程（DEFORM-2D）。2. 热处理

模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程

预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和含碳量。

专门的材料模型用于蠕变、相变、硬度和扩散。

可以输入顶端淬火数据来预测最终产品的硬度分布。

可以分析各种材料晶相，每种晶相都有自己的弹性、塑性、热和硬度属性。

混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种金属相的百分比。

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。如图所示，各种现象之间相互耦合。拥有相应的模块以后，这些耦合效应将包括：由于塑性变形功引起的升温、加热软化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相变应变、应力对相变的影响以及含碳量对各种材料属性产生的影响等。

有限元数值模拟实用教程

前言

有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于采用类型广泛的边界条件，对工件的几何形状几乎没有什么限制和求解精度高而得到广泛的应用。有限元法在40年代提出，通过不断完善，从起源于结构理论、发展到连续体力学场问题，从静力分析到动力问题、稳定问题和波动问题。随着计算机技术的发展与应用，为解决工程技术问题，提供了极大的方便。

现有的计算方法（解析法、滑移线法、上限法、变形功法等）由于材料的本构关系，工具及工件的形状和摩擦条件等复杂性，难以获得精确的解析解。所以一般采用假设、简化、近似、平面化等处理，结果与实际情况差距较大，因此应用不普及。

有限元数值模拟的目的与意义是为计算变形力、验算工模具强度和制订合理的工艺方案提供依据。通过数值模拟可以获得金属变形的规律，速度场、应力和应变场的分布规律，以及载荷-行程曲线。通过对模拟结果的可视化分析，可以在现有的模具设计上预测金属的流动规律，包括缺陷的产生（如角部充不满、折叠、回流和断裂等）。利用得到的力边界条件对模具进行结构分析，从而改进模具设计，提高模具设计的合理性和模具的使用寿命，减少模具重新试制的次数。通过模具虚拟设计，充分检验模具设计的合理性，减少新产品模具的开发研制时间，对用户需求做出快速响应，提高市场竞争能力。

一、刚（粘）塑性有限元法基本原理

刚（粘）塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，依据材料发生塑性变形时应满足的塑性力学基本方程，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种方

法虽然无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但可使计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用这种方法可达到较高的计算效率。

刚塑性有限元法的理论基础是Markov变分原理。根据对体积不变条件处理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罚函数法和体积可压缩法），又可得出不同的有限元列式 其中罚函数法应用比较广泛。根据Markov变分原理，采用罚函数法处理，并用八节点六面体单元离散化，则在满足边界条件、协调方程和体积不变条件的许可速度场中 对应于真实速度场的总泛函为：

∏≈∑π（ｍ）＝∏（１，２，…，ｍ）（１）

对上式中的泛函求变分，得：

∑＝０（２）

采用摄动法将式（２）进行线性化：

＝＋ Δｕ ｎ（３）

将式（３）代入式（２），并考虑外力、摩擦力在局部坐标系中对总体刚度矩阵和载荷列阵，通过迭代的方法，可以求解变形材料的速度场。

二、Deform-3d基本模拟功能

切削machining（cutting）

成形forming

模具应力分析die stress analysis

滚轧shap and ring rolling

热处理heat treatment

三、Deform-3d 基本结构与方法

包括前处理程序（Pre-processor）、模拟程序（simulator）和后处理程序（Post Processor）。首先要在ＣＡＤ软件（如Pro/E、UG等）中进行实体造型，建立模具和坯料的实体信息并将其转换成相应的数据格式（STL）；然后在软件中设定变形过程的相应环境信息，进行网格剖分；再在应用软件上进行数值模拟计算；最后在后处理单元中将计算结果按需要进行输出。

事实上，由于设置了冷成形、工件材料、模具等信息后，环境条件几乎全是默认的。因此只要熟悉了操作步骤，严格按要求操作可以顺利完成预设置工作（pre-processor）；设置完成后，通过数据检查（check data）、创建数据库（generate

data），将数据保存，然后关闭操作；开启模拟开关（switch simulation）、运行模拟程序（run simulation），进入模拟界面，模拟程序开始自动解算，在模拟解算过程中，可以打开模拟图表（simulation graphics）监视模拟解算进程，并进行图解分析，对变形过程、应力、应变、位移、速度等进行监视。

应用后处理器（post processor），分析演示变形过程，也可以打开动画控制开关（animation control），隐去工（模）具（single object mode），进行动画演示。并同时可以打开概要（summary）和图表（graph），对荷栽、应力、应变、位移和速度等进行详细分析。

四、软件安装

Deform-3d软件的安装，只要按提示操作，可以顺利完成安装。安装完成后，分别打开原始程序文件夹和已经安装好的程序文件夹，在原始文件夹中找到MAGNiTUDE 文件夹并打开，将其中的文件拷贝到已经打开的安装文件夹中，重新启动计算机。（to be continued）