【文献】基于DEFORM三维多晶体材料微结构的有限元分析【价值多】

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基于DEFORM_3D软件模具方向数值模拟教学应用

- 154 -基于DEFORM-3D软件模具方向数值模拟教学应用李明亮，陆从相，浦毅（盐城纺织职业技术学院，江苏盐城 224006）【摘要】针对目前高等职业教育模具专业面临人才培养问题，提出模拟教学方式。

介绍DEFORM-3D软件在教学中的应用，不仅可以节省费用，而且能观察金属流动、应力、应变等情况，能使学生更容易理解，提高教学效果。

【关键词】DEFORM-3D；模具；模拟；教学【中图分类号】G721 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)02-0154-02（一）引言随着科学技术的飞速发展，模具技术在各个领域得到了广泛的应用。

模具制造是一切制造之首，可以说没有模具就没有产品，而模具技术人才的培养是模具工业的当务之急。

培养现代模具技术人才光靠老师在课堂上讲理论是远达不到企业对人才的要求，学校也不可能象企业那样配置设备全而多，投资太大。

为了提高教学效果，增加学生理解与动手能力，同时又节约投资，各个学校一方面走校企联合之路，另一方面在校内利用各种手段建立模拟实验室。

对于高等职业技术院校培养全面发展的技术应用型专门人才，更离不开动手能力的培养，更需要建立模拟实验室来模拟仿真企业里的生产。

模拟实验室可以节省大量人力、物力和时间，在模具方向主要采用数值模拟方法（有限单元法）。

随着计算机的迅速发展,数值模拟已经成为金属成形过程的主要分析方法。

依靠数值模拟不仅可以节省设备的投资、提高工模具设计效率与减少昂贵的现场试验成本，还可以清晰的了解金属的流动规律。

数值模拟技术已经是很多机械、模具类企业的工程师与设计人员的生存手段。

Deform-3D软件是数值模拟中用的最广泛的软件之一，它以强大的分析功能，为用户提供极有价值的工艺分析数据，有关成形过程中的材料和温度流动，这些资料为产品工艺流程的制定与模具使用寿命提高提供了参考。

（二）DEFORM-3D软件简介DEFORM（Design Environment for Forming）软件包括二维有限元分析软件DEFORM-2D和三维有限元分析软件DEFORM-3D，是美国SFTC公司开发出来的，已经在美国、日本、德国等国实际生产和科研中得到大量成功的应用，并得到世界同行的公认。

基于DEFORM的三维多晶体材料微结构的有限元分析的开题报告

基于DEFORM的三维多晶体材料微结构的有限元分析的开题报告1. 研究背景和意义在当今工程领域中，越来越多的新材料被开发出来，其中包括了许多多晶体材料。

多晶体材料由于具有较好的力学性能，因此在许多工程领域得到广泛应用，例如航空航天、汽车、船舶等。

然而，多晶体材料具有复杂的三维微结构，其力学性能的分析和设计具有一定的难度。

有限元方法是一种用于计算结构和材料力学行为的数值方法。

在多晶体材料力学性能的分析和设计中，有限元方法也被广泛应用。

然而，在有限元分析中如何准确地描述三维微结构仍然是一个有待解决的问题。

近年来，基于DEFORM的有限元方法逐渐成为研究多晶体材料微结构的重要工具。

DEFORM是一种用于金属变形加工模拟的集成软件，其有限元分析能力具有较高的精度和可靠性。

通过DEFORM可以对多晶体材料的三维微结构进行建模，从而研究材料的力学性能。

因此，本研究旨在基于DEFORM进行多晶体材料三维微结构的有限元分析研究，以期在多晶体材料的力学性能分析和设计中提供新的解决方案。

2. 研究内容和方法本研究的研究内容主要包括以下两个方面：（1）建立多晶体材料的三维微结构模型本研究采用图片处理软件和有限元建模软件共同建立多晶体材料的三维微结构模型。

首先，利用图片处理软件将多晶体材料的2D显微镜照片转化为3D模型；其次，利用有限元建模软件对其进行处理并得到三维微结构模型。

（2）基于DEFORM进行多晶体材料的有限元分析本研究采用基于DEFORM的有限元方法，对多晶体材料进行有限元分析。

主要包括：建立三维微结构模型和确定边界条件、定义材料模型和材料参数、进行动态和静态力学分析以及讨论分析结果。

3. 预期研究结果通过本研究，预期可以得到以下几点研究结果：（1）建立多晶体材料的三维微结构模型，提供一种可供参考的多晶体材料建模方法；（2）利用基于DEFORM的有限元方法对多晶体材料的力学性能进行分析，探讨微结构对材料力学性能的影响；（3）通过对分析结果的讨论，提出新的解决方案和研究思路，为多晶体材料的力学性能分析和设计提供参考和借鉴。

多晶体材料三维微结构有限元分析的后处理

2 2 2
.
图 3 4 节点单元 Fig. 3 4 - node element 图 2 总的程序流程图 Fig. 2 The overall process flow chart
( 2) 8 节点( 6 面体 ) 单元 , 如图 4, 求 6 面体体积时可以分为 3 部分, 即 V = VA - A 1 B 1 C1 D1 + VA VA C CDD
15
加以区分了, 算法如图 2.
( z 3- z 1) - ( y 3- y 1) ( z 2- z 1) , B = ( x 3 - x 1 ) ( z 2z 1 ) - ( x 2 - x 1 ) ( z 3 - z 1 ) , C = ( x 2 - x1 ) ( y3 - y 1 ) ( x 3 - x 1 ) ( y 3 - y 1 ) ; 设点 ( x 0 , y 0 , z 0 ) 为底面 ABC 上 A , B 和 C 3 点的算术平均坐标, 则 D = - ( Ax 0 + By 0+ Cz 0 ) , 平面外一点 S ( x , y , z ) 到该面的距离如下. d= | Ax + By + Cz + D | A + B + C
2
元法引入其中 , 并以 ABAQUS 为计算平台, 对短裂纹 / 微孔洞的扩展进行预测. Peter MATIC, Andrew. B 等人在细观 2D 尺度上利用元胞自动机技术在 ABAQUS 中建模并对短裂纹的萌芽、扩展及其聚合效应进行进行模拟 , 研究表明了大范围的破坏组织可以从简单的模拟结构中获得 . . Marko KOVAC 等人提出了跨尺度的模型 ( 多晶粒总数的最小尺寸 ) , 对一个压力容器进行了微观应力分布的计算, 从而在一定程度上预测了整个材料的性能 . 从以上几个例子来看, 引入有限元的方法, 分析计算微观组织结构的应力场分布 , 已是复合材料发展的热点 . 总之, 本课题所提出的在 ABAQUS 中实现材料微结构计算的后处理是为了解决针对多晶体材料微观组织结构 , 细观尺度上应力的分布情况, 从而可以从细、微观上预测材料的整体性能以及给出材料失效的科学依据, 比较准确地预测材料的失效问题, 进而给材料的设计提供理论依据 . 1 2 解决的方法由软件 ProDesign 生成的或经由软件 MsCopier 重构的材料微结构数据经过 TransMesh 软件的识别、组装和转换并导入 ABAQUS 后 , 能够依据多晶体材料微结构组成物的几何轮廓进行数值计算网格划分, 从而得到了二、三维多晶体基异质性复合材料微结构的数值计算网格划分. 并对数字材料的边界进行加载, 设定分析步导出所需要的数据 . 这些数据是以节点( Node) 为基础输出的, 把大量的数据转化为以晶粒为基础的形式, 并要实现结果的可视化. 假设所研究的材料的属性是线弹性的、正交各向异性的. 材料的模型由 44 个晶粒组成 , 边界和加载情况如图 1, 模型左端固定, 右端施以均匀的拉力 6E+ 008Pa.

基于DEFORM-3D的Al2024锻造成形模拟

基于DEFORM-3D的Al2024锻造成形模拟冉乙川;崔超;周丽【摘要】利用DEFORM-3D有限元分析软件对Al2024材料进行锻造模拟,分析各变形工艺参数对Al2024材料锻造过程的应变场、损伤场和平均晶粒尺寸的变化规律.结果表明:随着压下量增大,锻件内部的变形不均匀程度加剧,且平均晶粒尺寸逐渐增大;随着温度的增加,最大应变、损伤和平均晶粒尺寸越来越大,从400℃增加到450℃时,最大损伤值有明显增大;当温度达到500℃时,平均晶粒尺寸减小.%The forging process of Al2024 are simulated by DEFORM-3D software.The influence of the deformation parameter on strain field,damage field and average grain size of Al2024 during forging process were analyzed.The results show that with the increase of rolling reduction,the degree of deformation in the forging increases and the average grain size increases gradually.With the increase of temperature,the maximum strain,damage and average grain size become larger and larger,and the maximum damage value increases obviously from 400℃ to450℃.When the temperature reaches 500℃,the average grain size decreases.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】5页(P78-82)【关键词】DEFORM-3D;Al2024;锻造【作者】冉乙川;崔超;周丽【作者单位】沈阳理工大学机械工程学院,沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院,沈阳 110159;沈阳理工大学机械工程学院,沈阳 110159【正文语种】中文【中图分类】TP391铝合金由于密度低、比强度高、耐腐蚀强、易导热导电、塑性和加工性能良好、成本低等一系列优点，是航空航天等领域的主要结构材料。

基于DEFORM-3D的微织构刀具切削性能仿真分析

基于DEFORM-3D的微织构刀具切削性能仿真分析徐明刚;张振;马小林;黄文勇【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》【年(卷),期】2016(000)003【摘要】现代摩擦学和仿生学证实，具有一定非光滑形态的高性能的表面织构有更好的抗磨减摩性能。

通过Solidworks对仿生织构PCD刀具进行了三维建模，利用DEFORM-3 D有限元分析软件，对无微织构和有微织构(凹坑、沟槽) PCD 刀具在相同条件下进行了三维切削仿真，结合其切削力、切削温度进行切削性能分析。

结果表明，一定尺寸的凹坑、沟槽微织构可以有效改善刀具在切削过程中的应力分布情况。

然后，采用激光加工方法在刀片的前刀面置入不同微织构，在CA6136车床上进行切削实验。

试验发现：干切削条件下，沟槽型微织构刀具切削铝合金工件的表面质量要优于无织构刀具。

【总页数】4页(P44-47)【作者】徐明刚;张振;马小林;黄文勇【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院，北京100144;北方工业大学机械与材料工程学院，北京100144;北方工业大学机械与材料工程学院，北京100144;北方工业大学机械与材料工程学院，北京100144【正文语种】中文【中图分类】TH166;TG661【相关文献】1.织构化刀具切削性能测试及切削温度仿真分析 [J], 苏永生;李亮;王刚;王建彬2.微织构刀具DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究 [J], 徐明刚;黄文勇;张振;李旻宣;刘贵珍;赵洁明;葛星3.基于AdvantEdge的表面微织构刀具切削性能仿真研究 [J], ZHANG Yongbo;ZHANG Minliang4.微织构(W,Mo)C基刀具和YG8刀具对钛合金干切削性能的影响 [J], 段晓云;胡忠举;郭世柏;胡涛5.基于微磨削方法的微织构刀具制备与切削性能研究 [J], 梁志强;李蒙招;陈碧冲;周天丰;李世迪;颜培;张素燕;王西彬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

毕业论文-基于DEFORM-3D的切削温度仿真

论文题目：基于DEFORM-3D的刀具切削温度仿真学生姓名：所在院系：所学专业:导师姓名：目录摘要 (1)第一章绪论……………………………………………………错误!未定义书签。

第二章仿真软件介绍 (6)第三章Deform—3D软件简介 (9)3。

1软件模块结构分析 (9)3。

2 前处理器及其设置 (9)3.3 模拟器 (9)3。

4 后处理器 (11)第四章有限元模型的建立 (13)4。

1 切削加工模型 (13)4。

2 切削模型建立 (14)第五章 DEFORM-3D对切削温度的仿真 (17)5。

1刀具和工件的温度场分析 (17)5.2 切削速度对切削温度的影响 (17)5.3切削过程中总体温度分布 (19)5。

4 切削厚度对切削温度的影响 (20)第六章结论 (22)第七章参考文献 (23)摘要在金属切削加工中，切削温度对切削加工过程有着非常重要的意义。

为了更好的研究金属材料的切削加工过程中切削温度的分布，本文以Deform—3D软件为平台,利用有限元方法对45号钢的切削过程中的温度进行了建模与仿真，分别分析了切削过程中刀具和工件的切削温度场分布，以及切削速度变化时对切削温度的影响。

仿真结果表明：刀-屑接触区及工件上的最高温度随切削速度的增加而升高，但工件上温度升高的趋势较平缓；无论切削条件怎么变化,切削温度的最高点总不在刀刃处，而是位于前后刀面上距离刀刃不远的地方；剪切面上各点的温度几乎相同.仿真结果表明,Deform—3D软件所得的仿真结果和理论依据的吻合度较高,说明仿真具有较高的可信度，为生产实践中切削速度的优化选择,刀具及工件材料的选择提供理论依据关键词:Deform-3D，有限元仿真,切削温度AbstractIn the process of metal cutting, the cutting temperature of the cutting process has very important significance. In order to better study the metal material cutting process of cutting temperature distribution，Based on the Deform -3D software as the platform，using the finite element method for45 steel cutting temperature by modeling and simulation，Analysis of the cutting process, the cutting tool and the workpiece cutting temperature field distribution，as well as the cutting speed change on cutting temperature effect.The simulation results show that：the tool-chip contact area and the workpiece on the maximum speed with cutting speed increases, but the workpiece temperature increased more gentle; No matter how the change of cutting temperature cutting conditions，highest point total in the blade，but are located before and after the knife surface distance edge not far place；Shear plane of each point on the temperature is almost the same. The simulation results show that，the Deform - 3D software the simulation results and the theoretical basis of the anastomosis of a higher degree, a description of the simulation has high reliability，Production practice of cutting speed optimization，tool and workpiece material selection and provide a theoretical basisKey word：Deform—3D，Finite element simulation, Cutting temperature第一章绪论金属切削是机械制造中使用最广泛的加工方法，金属切削加工时在机床上利用个切削工具从工件上切除多余材料，从而获得具有一定形状精度、尺寸精度、位置精度和表面质量的机械零件，是机械加工的基本方法。

DEFORM有限元分析系统软件及其应用

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DEFORM有限元分析系统软件及其应用
01 引言
03 功能特点
目录
02 基本原理 04 应用实例
05 结论
07 参考内容
目随着科学技术的发展，有限元分析方法已成为工程实践中不可或缺的工具之一。 DEFORM（Finite Element Analysis System）作为一种广泛使用的有限元分析软件，为各类工程问题提供了高效、精确的解决方案。本次演示将详细介绍 DEFORM有限元分析系统软件的基本原理、功能特点及其在工程实践中的应用，并展望其未来发展。
8、参与社区和论坛
ANSYS有一个活跃的社区和论坛，用户可以在其中交流经验、解决问题和学习新技能。通过参与论坛和社区活动，用户可以与其他ANSYS用户互动，分享经验，并从他们的成功和失败中学习。
9、持续学习和更新
ANSYS是一个不断发展的软件，新的版本和功能不断推出。为了保持竞争力并充分利用ANSYS的功能，用户应持续学习并更新他们的技能。可以通过参加 ANSYS的培训课程、阅读最新的文献和技术文章、参加专业研讨会等方式进行学习。
总结：
ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域。为了更有效地使用ANSYS，本次演示介绍了包括基础知识、模块选择、模型优化、材料行为模拟、高效求解、可视化分析、脚本语言掌握、社区参与以及持续学习在内的应用技巧。希望这些技巧能够帮助用户更好地利用ANSYS进行工程模拟和分析。
4、精确模拟材料行为
在ANSYS中，用户可以模拟各种材料行为，包括弹性、塑性和热响应等。为了得到准确的结果，需要定义材料的属性，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。此外，还可以考虑材料在不同条件下的行为，如温度、压力和应变率等。

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第25卷　第14期
2009年7月
甘肃科技
Gansu Science and Technol ogy
V ol .25　N o .14Jul .　2009
基于D EFORM 三维多晶体
材料微结构的有限元分析
何凤兰,李旭东,王国梁
(兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050)
摘　要:利用本课题组自主开发的计算机软件Aut oRVE,实现三维多晶体材料微结构的几何建模,网格划分,并将生成的I nput 的文件通过脚本语言Python 的编译,实现在DEF OR M 中建立三维多晶体微结构的具体材料模型,并进行挤压过程热力耦合仿真分析,演示出了三维多晶体材料微结构的温度场及等效应力、等效应变分布结果。

关键词:三维多晶体;材料微结构;Key 文件;I nput 文件中图分类号:TG14
1　D EFO RM 简介
DEF ORM -3D 是一套基于工艺模拟系统的有
限元系统(FE M ),专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维(3D )流动,提供极有价值的工艺分析数据,及有关成形过程中的材料和温度流动。

主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。

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;模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导于一体的有限元求解器;后处理器是将模拟结果可视化,支持OpenG L 图形模式,并输出用户所需的模拟数据。

DEF OR M 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等
[1]
,如图1所示。

图1　有限元分析流程图
2　D EFO RM 前处理程序的二次开发
2.1　材料代表性体积单元(RVE )
材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材
料微观组织结构的“代表性体积单元”(RVE )技术上。

微观组织结构的“代表性体积单元”定义在材料的细观尺度上。

“代表性体积单元”其体积尺寸是最小的,但体积单元内却包含了足够多微观组织结构组成物的几何信息、晶体学取向信息、分布信息
与相场信息,并能在统计学意义上(统计平均性质)代表材料微观组织结构的基本特征,由“代表性体积单元”组成的材料称为统计均匀材料,统计均匀材料受到均匀边界条件的作用,则介质内的场变量是统计均匀场。

值得指出的是,应该根据材料实际(或模拟)的微观组织结构组成物的几何构造、取向分布与结构,计算材料微观组织结构的“代表性体积单元”内的细观力学响应以及材料性能。

“代表性体积单元”的细观应力的体积平均响应程度必须与“代表性体积单元”边界上所承受的外加载荷程度相一致
[2-6]。

2.2　几何模型的建立
挤压件原始尺寸为:1000mm ×1000mm ×500mm (长度×宽度×厚度),其开始温度为900℃,上下模具温度都为300℃。

材料假定是各相同性的,挤压件和上下模之间采用剪切摩擦模型,摩擦系数是0.3。

工件的自由表面与周围环境之间的等效
换热系数取为180.2N /(s ・m 2
・c ),工件与上下模之间的接触传热系数取为5N /(s ・m 2
・c ),辐射率为0.7。

坐标系的建立为:Z 轴的负方向为挤压方
向。

2.3　多晶体材料微结构的数据准备
利用本课题组自主开发的计算机软件Au 2t oRVE,即可在ABAQUS 有限元软件中,建立材料微
结构的“代表性体积单元”
(RVE )的几何模型,并根据几何模型画出有限元计算网格,单元体数目:
199738,结点:36000,总模拟步数为100,模拟时间步长为:0.01s 。

由于DEF OR M 对工件赋予不同材料属性的限制,在编译的过程中,设置6种材料属性。

实现对所有的单元赋材料属性,具体是将同一晶粒对应的多个单元赋予同一材料属性。

而后利用C 语言编译生成6种新材料,为了使整个工件的材料属性差别不易过大,在编译材料属性时仅对材料的杨氏模量进行少量的增加,分别命名为NE W -I (I =1-6)。

这样即可将每个晶粒可视化显现出来。

图2显示了含有1000个晶粒的三维多晶体网格划分材料微结构(挤压件模型)。

3　三维多晶体材料微结构模拟结果及
分析
3.1　温度场分布
为更好地反映整个挤压过程中工件各部位温度的变化规律,在工件的中心和表面,
沿工件长度方向
图2　三维多晶体网格划分材料微结构(挤压工件模型)
提取截面上的关键点进行温度跟踪分析,将各点的温度随时间变化作曲线,演示了含有1000个晶粒的多晶体材料挤压过程中温度分布,如图3所示。

P1为多晶体材料商标名的中心点,P2为多晶体材料的内部中心点,P3为上表面的侧面中点,P4为侧面的中心点。

结果表明,工件各部位关键点的温度随挤压过程时间的增加均呈现下降的趋势,特别是工件表面中心节点P1,及工件边部节点P3在挤压过程中,与上模具产生接触温度曲线起伏显著,温度急剧下降;工件在与空气的热交换过程中温度变化缓慢,P4的温降变化不太明显。

中心处节点P2温度略有提升(这是因为塑性功转化为热的结果)。

(a )第50步温度分布 (b )节点温度随时间变化分布
图3　多晶体材料挤压过程温度场分布
3.2　应力分析通过对关键点等效应力变化进行跟踪,图4演
示了含有1000个晶粒的三维多晶体材料微结构模型算例及其等效应力分析结果。

当工件开始与上下模接触时,如图4(a )所示,挤压变形内部中心区节点P2的应力最大,工件边部节点P3在挤压过程中与上模具产生接触应力曲线起伏不大,如图4(b )为等效应力随计算时间的变化曲线。

各节点的应力急剧上升,而后在达到稳定状态呈缓慢增长趋势,在整个挤压过程中,节点P1应力曲线起伏相当大。

3.3　应变分析
通过对关键点等效应变变化进行跟踪,图5演示了含有1000个晶粒的三维多晶体材料微结构模型算例及其等效应变分析结果。

如图5(a )所示,在整个挤压过程中,在工件边部及挤压变形内部中心区呈现出较大的等效应变,表面中心处和侧面处应变相对较小。

图5(b )为等效应变随计算时间的变化曲线,可以看出:关键点等效应变首先增长缓慢几乎趋近于零,在工件挤压后塑性变形逐渐增大,等效塑性应变也随之增大。

在整个挤压过程中,工件边
1
1第14期何凤兰等:基于DEF ORM 三维多晶体材料微结构的有限元分析
部节点P3与上模具产生接触应变曲线起伏最大,随着时间的增大,各节点的应变几乎呈直线急剧上升。

4　结论
采用商业有限元软件DEFROM对多晶体材料进行了挤压过程模拟分析,模拟结果表明:
(1)通过脚本语言Python的编译,对外部数据
I nput文件提取Key文件所需要的有效数据,进而对已产生的Key文件进行替换及添加,实现在DE2 F OR M中建立三维多晶体微结构的具体材料模型,完成该细观模型的建立。

(2)对DEF OR M-3D进行前处理二次开发,导入多晶体材料的微结构模型,并进行挤压过程热力耦合仿真分析。

得到了三维多晶体材料微结构的温度场及等效应力、等效应变分布结果。

(3)用户可以返回DEF OR M中通过G U I环境下的操作实现某些用户自定义的特性,如,具体的某种材料、具体所需的分析步、具体的边界条件与加载方式,或者通过更改模型的Key文件实现对模型的用户自定义,再对模型进行分析。

参考文献:
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统软件及其应用[J].2003(4):51Ο52.
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构造算法及可视化技术[J].兰州理工大学学报,
2008,33(5):99Ο104.
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419.
21 甘　肃　科　技第25卷。