材料成形过程模拟仿真
材料成型数值模拟设计实验
学生学号实验课成绩学生实验报告书实验课程名称材料成型数值模拟设计实验开课学院材料学院指导教师姓名学生姓名学生专业班级成型1001班2012-- 2013学年第二学期实验教学管理基本规范实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。
为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。
1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。
2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。
3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。
每部分均在实验成绩中占一定比例。
各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。
各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。
4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。
教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。
5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。
在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。
6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。
附表：实验考核参考内容及标准观测点考核目标成绩组成实验预习1．预习报告2．提问3．对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力20%实验过程1．是否按时参加实验2．对实验过程的熟悉程度3．对基本操作的规范程度4．对突发事件的应急处理能力5．实验原始记录的完整程度6．同学之间的团结协作精神着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神30%结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据2．计算结果是否正确3．实验结果分析是否合理4．对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神50%实验课程名称材料成型数值模拟实验项目名称利用DEFORM模拟镦粗锻造成型实验成绩实验者专业班级成型1001班组别同组者实验日期2013年4月8日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的1）了解认识DEFORM软件的窗口界面。
Rem3D—注塑成型仿真软件
Rem3D®——注塑成型仿真软件
世界最强大注塑成型工艺的数值模拟软件。
Rem3D®仿真软件是一套三维有限元注塑成型过程模拟软件系统，主要用于热塑性塑料、热固性塑料、水/气辅注射成型技术、共注成型、泡沫注射成型与膨胀、纤维强化注射成型、二次成型、片/块状
模造法、所有的多材料加工工艺、挤压模具的流动平衡技术等。
Rem3D®仿真软件可以帮助您：
减少生产周期
——如运用Rem3D®来确定实现最小应变的最佳保压时间
缩短模具设计周期
——如运用Rem3D®来确定喷嘴、冷却器和管式加热器的位置
分析工艺参数
——如运用Rem3D®来确定所需保压压力，减少合模力
优化注射工艺
——如运用Rem3D®来确定泡沫最佳平衡及最少填充时最佳质量
Rem3D ®仿真软件主要模块 Rem3D ®仿真软件主要特征 ● 无与伦比的网格重划分技术 ● 经得住实践检验的模拟准确性 ● 准确热描述和 纤维取向表征 ● 高性能的优化计算和可扩展性
Multifluids Module Co-Injection polyurethane foams SMC Module (Sheet Molding Compound) In association with Research projects Short Fiber Composites Process
Core Module Monofluid Thermoplastics & Thermosets。
Deform实验报告模锻实验指导书
DEFORM-3D模锻成型仿真实验指导书2014年 4 月实验二DEFORM-3D模锻成型仿真实验1 实验目的与内容1.1 实验目的通过DEFORM软件平台实现模锻成型过程的仿真模拟实验。
了解材料在不同工艺条件下的变形流动情况，熟悉模锻成型工艺特点。
掌握模锻成型过程的应力应变场分布特点。
1.2 实验内容运用DEFORM模拟模锻成型过程，利用三维软件绘制一阶梯轴锻件，模拟其成形过程。
图1 锻件图（一）工艺条件上模：Φ200×50，刚性材料，初始温度200℃；下模：200×200×40。
工件：16钢，尺寸如表1所示。
表1 实验参数序号棒料尺寸，mm摩擦系数，滑动摩擦加热温度℃锤头运动速度，mm/s1 φ80*150 0 900 5002 φ80*150 0 1200 5003 φ80*150 0.2 900 5004 φ80*150 0.2 1200 500（二）实验要求（1）运用三维软件绘制各模具部件及工件的三维造型，以stl格式输出；（2）设计模拟控制参数；（3）DEFORM前处理与运算；（4）DEFORM后处理，观察变形过程，载荷曲线图；（5）提交分析报告。
2 实验过程•1）打开deform软件，新建一个文件，文件取名name.key;•2)打开前处理文件界面分别增加工具体,topdie和bottomdie(workpiece已经存在）。
•3）在各个工具体上相应导入几何体（就是前面所导出的stl文件。
•4检查上述几何体几何状况。
•5对坯料进行网格划分（有热传导情况模具也应划分网格）•6为坯料定义材料（有热交换的也需要对模具定义材料）•7定义工具体的速度（对轧制等给定坯料的初速度）•8定义边界条件，坯料性能（体积补偿）•9定义控制的单位和模拟类型，以及步长和运算停止条件。
•10自动靠模和边界接触的定义。
•11检查并生成分析所需db文件•12.进行模拟分析，完成或观察后处理结果。
基于热力耦合的FDM成型过程模拟仿真与研究
基于热力耦合的FDM成型过程模拟仿真与研究张宝庆;孟凡越;潘建超;王润东;于守洋【摘要】为探究FDM3D打印工件变形、翘曲等缺陷的影响因素及其影响趋势,基于ANSYS有限元分析软件,利用生死单元技术与间接耦合分析,实了对FDM3D打印过程的可视化仿真,对打印件的成型过程进行了多组不同参数的模拟,得到了打印过程的温度场、应力场历程,对模拟后的模型测量得到翘曲量,以此对影响打印结果的各个参数进行优化.通过对数据的分析,得到了不同参数的改变所造成的影响以及各种工作参数影响工件缺陷的重要程度,为后续确定最优工艺参数与分析微观动态变化奠定基础,使得成型参数和温度参数有了量化分析的方法,从而提高成型精度.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2017(039)007【总页数】4页(P39-42)【关键词】熔融沉积成型;ANSYS;生死单元【作者】张宝庆;孟凡越;潘建超;王润东;于守洋【作者单位】长春理工大学机电工程学院,长春 130022;长春理工大学机电工程学院,长春 130022;长春理工大学机电工程学院,长春 130022;长春理工大学机电工程学院,长春 130022;长春理工大学机电工程学院,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TH1643D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一，涉及信息技术、精密机械和材料科学等学科，是区别于减材制造方式的新方法，具有简化制造程序，缩短新产品研制周期，降低开发成本及风险等优点，越来越受到工业界和投资界的关注。
3D打印技术具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造和快速制造等优点，有光固化成形、材料喷射、粘结剂喷射、熔融沉积制造、选择性激光烧结、片层压和定向能量沉积七类3D打印工艺。
其应用领域极广，主要有航空航天、医学领域等[1～3]。
本文主要针对熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling，FDM）[4]进行了研究。
相对于其他打印工艺，FDM具有成型材料广泛、彩色打印、支撑易去除及成本低等优点。
材料成型的数值模拟
塑性加工工艺模拟分析方法
• 解析法
工程法（Slab法，主应力法） 滑移线法（Slip line） 上限法（Upper bound）（下限法）、上限单元法（UBET) 有限单元法（FEM,Finite Element Method）
• 实验/解析法
相似理论法 视塑性法 • 数值法 有限元法 有限差分法 边界元法
3.教学软件：
Deform Dynaform Marc
4.教学内容：
基本内容包括：有限元与有限差分法基础、应用数值方法模拟材料成形的一般步骤，金属冲 压成形中的数值模拟，金属锻压成形中的数值模拟，金属焊接成形中的数值模拟等。 课程重点：金属冲压、锻压、焊接成型过程的数值模拟。 课程难点：非线性有限单元法、刚（黏）塑性有限元法、数值解的解的收敛性与误差控制、 热力耦合分析。
协同工作
模拟结果与设备控制的关联
第一讲 材料成形数值模拟概述
1. 引言 2. 工程意义及应用现状 3. 发展趋势
4. 课程要求、进度安排
1.教材：
傅建主编. 材料成形过程数值模拟.化学工业出版社，2009
2.参考书目：
① 刘劲松;张士宏;肖寒;李毅波. MSC.MARC在材料加工工程中的应用.中国水利水电出版 社,2010
材料成型数值模拟
第一讲 材料成形数值模拟概述
1. 引言 2. 工程意义及应用现状 3. 发展趋势
4. 课程要求、进度安排
第一讲 材料成形数值模拟概述
1. 引言 2. 工程意义及应用现状 3. 发展趋势
4. 课程要求、进度安排
塑性加工研究的两类方法 • 金属塑性成形
优点： • 生产效率高 • 产品质量稳定 • 原材料消耗少 • 有效改善金属的组织和力学性能 75％的钢材 缺点： • 以经验和知识为依据、以“试错”为基本方法 70％的汽车零部件
多孔材料压制成型过程的仿真实验研究
４ 结
语
［ ６ ］ 李 尚健 ． 金属 塑性成 形过 程模 拟 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 机 械 工 业
出 版社 。 ２ ０ ０ ２ ．
１ ） 自由锻 压时 ， 大变形 区域 主要 集 中在 中ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ Ｆｏ ｒ ｍｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｐｏ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｍ ａｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ
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学 院
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０ ０４ ０８ １ ２ １ ６ ２０ ２４ ２ ８ ３２ ３ ． ６ ４０
０ ０ ． ４ ０． ８ １ ． ２ １ ． ６ ２０ ２４ ２ ８ ３ ． ２ ３ ， ６ ４０
所产 生 的压力 对于 凸 模 远没 有 达 到 屈 服 ， 满足 所 需
的 强度要 求 ， 故 设计 达标 ．
［ ５ ］Ｔ ｏ ｓ ｈ ｉ ｏ Ｓ ａ ｎ ｏ ． Ｋ ｅ ｎ ｓ ｕ ｋ ｅ ｋ ａ ｔ ｏ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｄ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｓ ｉ ｎ ｐ ｏ ｗ ｄ ｅ ｒ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｓ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ －
力． ） 代入 相关 参数 ， 计算 可得
：Ｚ ： ３ ７ ： ｒ ｏ ＝— — — — — — － ＝ ／ ． ３ ｊ Ｍ Ｐａ ＜２３ ＜ ５ ＭＰ ． Ｍ ａ ０． ０ ４ ８‘ １ 『
复合材料制造过程仿真技术综述
复合材料制造过程仿真技术综述元振毅;王永军;蔡豫晋;郭俊刚;苏霞;孙博【摘要】复合材料制造过程仿真技术的有效应用可以在复合材料构件设计之初对其制造过程中可能出现的缺陷,如分层、孔隙、温度不均、变形等问题进行预测,从而为优化构件结构、调整工艺参数或模具型面提供依据.对目前复合材料设计制造领域常用的一些软件进行简要介绍,并针对目前复合材料制造过程温度场分布和固化变形仿真技术中存在的问题进行了阐述与讨论.%Using the simulation technology for the manufacturing process of composites,many defects such as delamination,void,uneven temperature field distribution and curing deformation can be predicted effectively in the design stage to optimize the component structure,adjust the process parameters and the tool surface.Some common softwares used in designing and manufacturing field of composites materials are briefly introduced and some problems in the simulation about temperature field distribution and curing deformation are reviewed and discussed.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】7页(P47-53)【关键词】复合材料;制造仿真;温度场;固化变形【作者】元振毅;王永军;蔡豫晋;郭俊刚;苏霞;孙博【作者单位】西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心,西安710072;西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心,西安710072;西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心,西安710072;中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司,西安710089;中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司,西安710089;中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司,西安710089【正文语种】中文先进树脂基复合材料（Advanced Polymeric Composites， APC），如不特别说明，本文后续提到的复合材料就指代先进树脂基复合材料）具有比强度高、比模量大、耐高温、抗腐蚀、可设计性强以及隐身性好等系列优点，20世纪70年代初即开始应用在飞机结构上，目前在航空领域得到广泛应用，继铝、钢、钛之后，迅速发展成航空4大结构材料之一。
小家电压铸件充型凝固建模及仿真
小家电压铸件充型凝固建模及仿真佚名【摘要】Simulation of filling and solidification of aluminum alloy roasting pan was done through mathematical and physical model of casting filling and solidification. Results of original project and new one were listed and defects were predicted. All mentioned were compared with real manufacture. The results indicated that numerical simulation was accu-rate and could be on the basis of improving die casting design. With the help of Simulation Analysis System of Die Casting CAE,die casting reject rate was reduced to 2% and the production cycle of the mold was shorten by about half.%通过建立铝合金烤盘压铸件充型和凝固过程的数学物理模型，对充型和凝固过程进行模拟。
比较改进前和改进后方案的不同模拟结果，预测缺陷的产生，并与实际生产状况对比。
结果显示，数值模拟结果较为准确，可作为改进压铸模设计的依据。
由此建立的压铸模CAE体系可使产品废品率降到2%以下，模具生产周期缩短一半左右。
【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P45-48)【关键词】压铸件;充型;凝固;数值模拟;缺陷预测【正文语种】中文【中图分类】TG249.2小家电产量大，零配件种类和数量较多，压铸生产以其较高的生产效率和成型质量成为小家电产业配件的首选生产工艺。
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模拟塑性加工过程的有限元法
弹塑性有限元法 刚塑性有限元法 刚粘塑性有限元法
的对形视应量增状累之的同于节等量又力间性过热硬度研本非应流有轧步于量为力量态加计步上时小点问可应的去法和限加化具究牛的动制构长大较刚应变，变算进进考塑位题以变相弹分非元工效有热顿有的等关不多小塑变形下形方可行虑性移。分及互塑析稳法（应较加不限热工系能数，性增来一几法取的弹变，对析回作性。态常再不大工可元力艺。太体 可 体 量 说 步 何 来得，性形适于卸弹用有既问用结显的问压列耦过把大积以。进，计形处大因变所用大载、。限可题来晶著敏题缩式合程热，成忽这行材算状理一此形求于塑过以可元以，分温，感时流，计加计。形略种求料是和大些，和的结性程及以法分其析度材性要体可算工算问，方解仍在硬变，可塑未构变，模处主析缺拉以料，采，以，时工题即法，处材化形但以性知失形计具理要加点拔上对因用建进刚金作，可不计于料特问对用变量稳，算和几适载是、）变此粘立行粘属量弹将需算小以性题于小形是，采残工何用过所挤应形，塑了稳塑视繁性材要时变前基，每变，单屈用余件非于程取压变速在性相态性为重变料用增形的础并次形对元服增应之线分，是、。 且计析算板模料型成较形简、单弯。曲刚等塑工性序有。限元 法常用于一些金属的冷加工问题。
塑性加工过程数值模拟
材料模拟仿真实验室 贠冰
主要内容
数值模拟的有限元法简介 实验室简介 上机实验软件Ansys简介 上机实验内容及操作步骤 上机分组
塑性加工过程的 有限元法
成型过程数值分析方法的功能
在未变形体（毛坯）与变形体（产品）之间建立运动 学关系，预测塑性成形过程中材料的流动规律，包括 应力场、应变场的变化、温度场变化及热传导等。
利用有限元进行数值分析可以获得成形过程多方面的 信息，如成形力、应力分布、应变分布、变形速率、 温度分布和金属的流动方向等。
有限元法的优点
由于单元形状具有多样性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ使用有限元法处理任何材料模型，任意的边 界条件，任意的结构形状，在原则上一般不会发生困难。材料的塑性加 工过程，基本上可以利用有限元法进行分析，而其它的数值方法往往会 受到一些限制。
传统工艺分析和模具设计，主要依靠工程类比和设计经 验，反复试验修改，调整工艺参数以消除成形过程中的 失稳起皱、充填不满、局部破裂等产品缺陷，生产成本 高，效率低。
随着计算机技术及材料加工过程数值分析技术的快速 发展，可以在计算机上模拟材料成型的整个过程，分析 各工艺参数对成型的影响，优化设计。
塑性成形的数值模拟方法
有限元法的基本原理
将具有无限个自由度的连续体看成只具有有限个自由 度的单元集合体。
单元之间只在指定节点处相互铰接，并在节点处引入 等效相互作用以代替单元之间的实际相互作用。
对每个单元选择一个函数来近似描述其物理量，并依 据一定的原理建立各物理量之间的关系。
最后将各个单元建立起来的关系式加以集成，就可得 到一个与有限个离散点相关的总体方程，由此求得各 个离散点上的未知量，得到整个问题的解。
计算材料的成形极限，即保证材料在塑性变形过程中 不产生任何表面及内部缺陷的最大变形量可能性。
预测塑性成形过程顺利进行所需的成形力及能量，为 正确选择加工设备和进行模具设计提供依据。
塑性成型过程数值模拟的必要性
现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺分析和模具设 计方面提出了更高的要求 。
若工艺分析不完善、模具设计不合理或材料选择不当， 则会在成型过程中产生缺陷，造成大量的次品和废品， 增加了模具的设计制造时间和费用。
著名有限元分析软件
ABAQUS：大型有限元软件,广泛模拟性能,杰出的非线性分析 能力
ALGOR：大型通用有限元分析、机械动力仿真软件 ADINA：大型通用有限元分析 HyperWorks：世界领先、功能强大的CAE应用软件包 COMSOL Multiphysics(原FEMLAB) ：功能强大的专业多物
Autoforge、 Mvision、Thermal-calc
MSC.Marc
Marc是功能齐全的高级非线性有限元 求解器，提供了丰富的单元库，多种 复杂特性的材料模型，可以进行复杂 边界条件下的结构、温度场、电场、 磁场分析，还可以进行流-热-固、土壤 渗流、声-结构、电-磁、电-热以及热结构等多场耦合模拟；Marc支持多 CPU分析和大规模并行处理，提供了 开放式用户环境，各种子程序接口使 用户能方便地访问并修改程序设置， 极大地扩展了Marc的分析能力。
有限元法的基本原理（二）
它对问题的性质、物体的形状和材料的性质几乎没有 特殊的要求，只要能构成与有限个离散点相关的总体 方程就可以按照有限元的方法求解。
有限元法能考虑多种外界因素对变形的影响，如温度、 摩擦、工具形状、材料性质不均匀等。除边界条件和 材料的热力学模型外，有限元的求解精度从理论上看 一般只取决于有限元网格的疏密。
上限法（Upper Bound Method）
用于分析较为简单的准稳态变形问题；
边界元法(Boundary Element Method)
用于模具设计分析和温度计算 ；
有限元法（Finite Element Method）
用于大变形的体积成形和板料成形，变形过程常呈 现非稳态，材料的几何形状、边界、材料的性质等 都会发生很大的变化。
能够提供塑性成形过程中变形的详细信息（应力应变场、速度场、温度 场、网格畸变等），为优化成形工艺参数及模具结构设计提供详细而可 靠的依据。
虽然有限元法的计算精度与所选择的单元种类，单元的大小等有关，但 随着计算机技术的发展，有限元法将提供高精度的技术结果。
用有限元法编制的计算机程序通用性强，可以用于求解大量复杂的问题， 只需修改少量的输入数据即可。
理场耦合CAE分析软件 Deform MSC系列：Nastran、ADAMS、Marc、Autoforge等 Ansys
材料加工模拟实 验室简介
材料模拟仿真实验室
地点:创业楼314（材料学院实验测试中心） “211工程”实验室 实验室由一台惠普小型机服务器、两台IBM工
作站及36台PC机构成局域网。 大型软件：Marc、Ansys、 Patran、