材料成型计算机模拟1
圆柱体压缩过程模拟
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专业班级姓名学号2012年5月6日实验一 圆柱体压缩过程模拟1 实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉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技能，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所示的圆柱坯压缩过程。
（一）压缩条件与参数锤头与砧板：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。
（二）实验要求砧板工件锤头图1 圆柱体压缩过程模拟（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；（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 模拟控制参数的设计与选择在整个模拟过程中，设定总步长为100，每10步保存一次，当变形体的网格尺寸为最小边界长度的三分之一时停止，即为1.27cm；3 实验过程3.1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。
3.2 压缩过程模拟3.2.1 前处理建立新问题：程序→DEFORM6.1→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“Forging”→ Finish→进入前处理界面。
7材料成型过程的计算机模拟——MOLDFLOW
7材料成型过程的计算机模拟——MOLDFLOW MOLDFLOW是一种用于模拟材料成型过程的计算机软件。
它能够帮助工程师分析和优化塑料和金属等材料的成型过程，以确保最终产品的质量和性能达到预期。
MOLDFLOW的计算机模拟功能是通过三维CAD模型和材料特性数据来实现的。
首先，用户需要将产品的CAD模型导入MOLDFLOW软件中。
然后，用户可以定义材料的特性，例如熔融温度、熔融流动性等。
接下来，用户需要定义模具的几何形状和材料。
一旦输入了这些参数，MOLDFLOW就可以进行模拟分析。
它使用有限元分析方法来模拟材料在模具中的流动、冷却和固化过程。
通过这些模拟，MOLDFLOW可以预测产品在成型过程中可能出现的问题，例如气泡、缩水、翘曲等。
MOLDFLOW还提供了一些工具和功能来帮助工程师优化产品的成型过程。
例如，它可以帮助用户选择合适的注射成型机和模具设计，以实现最佳的成型效果。
此外，MOLDFLOW还可以帮助用户优化成型参数，例如注射速度、温度和压力等。
MOLDFLOW的计算机模拟功能对于塑料和金属等材料的成型过程具有广泛的应用。
它可以帮助工程师在产品开发的早期阶段就进行成型模拟，以预测产品的成型性能和质量。
这有助于减少成型过程中的试验和错误，并节省时间和成本。
此外，MOLDFLOW还可以帮助工程师优化产品的设计。
通过模拟不同的成型参数和模具设计，工程师可以找到最佳的解决方案，以提高产品的质量和性能。
这对于提高产品的可靠性和竞争力非常重要。
总之，MOLDFLOW是一种强大的工具，可以帮助工程师模拟和优化材料成型过程。
它能够预测产品在成型过程中可能出现的问题，并提供解决方案。
通过使用MOLDFLOW，工程师可以提高产品的质量和性能，减少成本和时间，从而在市场上取得竞争优势。
材料成型计算机模拟本科教学的若干问题与对策
、
理 论教 学环 节
目前应 用 较为广 泛 的分析 软件 大多数 是基 于
有 限元理论 开 发 的 ， 因此 ， 必须 首先 让学 生理解 利 用有 限元方 法解 决工 程 问题 的原 理 。学生 只有 具
备 了比较扎 实 的理 论 基 础 ， 有 可 能对 所 分 析 的 才 问题 有 比较 准 确 的预 测 和判 断 。
收稿 日期 ：０ ９１— ３ ２ ０ —１２
种方式 ， 这就要求教学 中鼓励学生不断摸索 、 总结 以提 高解 决 问题 的效率 。 目前广 泛应 用 的计算机
基金 项 目 ： 东科技 大 学群 星计 划资助 项 目（ｘ ８ １２ ） 山 ｑ ０００ ４ 。 作者 简介 ： 秦升 学 （９８） 男， 东梁山人 ， １７一 ， 山 副教授 。
机 模 拟技 术 可 以通 过 数 值 计 算 分 析 材 料 成 型 中
水平 。然而 ， 于 本科生 整 体水平 而 言 ， 对 要达 到清 楚、 面、 全 系统 地 掌 握相 关 理论 知识 并 不现 实 ， 而 应该 在教 学 中突 出有 限元 求 解 的基 本思 想 、 本 基 原理 、 本 步 骤 、 本方 法 ， 学 生 理解 有 限元 求 基 基 使
计 算 机 技术 已成 为 现 代 工 科 技 术 人 员 的必 备 技 能之 一 。 由 于计 算 机 技 术 的 发 展 迅 速 ， 校 本 高 科 教 学 中计 算 机技 术 能 力 培 养 环 节 的 实 施 过 程 明显 滞后 ， 能 很 好 地 满 足 社 会 对 毕 业 生 计 算 不 机 技 能 方 面 的需 求 。一 些 高 校 正 在 加 强 本 科 生 计 算 机 知 识 运 用 能 力 的培 养 ， 教 材 、 验 、 在 实 教 学 方 法上 开 展 了一 系 列 的改 革 探 索 。】。３计 算 ＿ Ｅ ｌ ］］ Ⅱ
材料力学行为及计算机模拟
软件分析的一般流程
有 限 元 法
软 件 分 析 流 程 模型建立 前 划分网格 材料、边界 处 理
——
求解计算
求解器 后处理
数据处理
有限元法——常用软件介绍
CAE（前处理+求解器+后处理）
线弹性分析------Msc.Nastran、Anasys
非线性分析------ Msc.Marc、Abaqus
材料力学性能测试技术
对材料力学性能的测试是建立在试验的基础上的， 而材料的各种的力学性能指标的也出要试验来确定。 常用的力学测试技术：
静载拉伸 弹性模量、扭转、压缩、摩擦磨损
…
第2章 计算机模拟
——力学
1. 2.
代表性模拟结果展示 模拟方法介绍
一般力学（运动学、动力学、振动与冲击） ② 振动特性
外界载荷引起桥梁的共振
一般力学（运动学、动力学、振动与冲击）
③ 冲击
冲击的防护
流体力学（静力学、动力学）
气动外形设计：
外形设计过程
固体力学 ① 材料力学行为-----指导材料设计与加工 本课程关注 重点
薄壁工字梁偏心受扭
固体力学（材料、结构） ② 结构力学行为----指导结构设计（功能、经济性）
需要从行为的过程去深入理解性能；重视环境对性能的影
响。
行为
行为是从一个状态到另一个状态。 种材料也会有不同性能。
外界条件 在不同的外界条件（应力、温度、化学介质、磁场等）下，同一 参量化
性能必须参量化，即材料的性能需要定量地加以表述。
材料性能的分类
物理性能：热、光、电、声、磁、辐照性能 … 强度——s 简单性能 力学性能 弹塑性——E, G, d , f
注塑模cae技术1注塑模cae的内容
总结词
确保医疗用品结构完整性和安全性
详细描述
医疗用品的成型过程要求非常高，需要保证产品结构的 完整性和安全性。通过注塑模CAE技术进行成型过程模 拟，可以预测产品在成型过程中的可能问题，如收缩、 翘曲、裂纹等，并及时进行调整，确保最终产品的质量 和安全性。
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模型简化
为了提高计算效率，对模型进 行简化，如忽略倒角、小孔等 细节。
网格划分
将模型划分为有限元网格，以 便进行模拟计算。
边界条件设定
根据实际情况，设定模具与注 射机的连接方式、注射压力、
注射温度等边界条件。
模拟计算
01
02
03
充填模拟
模拟塑料在模具中的流动 行为，预测可能出现的填 充不足、熔接痕等问题。
06
注塑模CAE技术应用案例
案例一：手机壳流动与翘曲分析
总结词
通过流动模拟预测填充行为，翘曲模拟预测产品变形程 度
详细描述
在生产手机壳的注塑过程中，利用CAE技术进行流动模 拟可以预测塑料在模具中的填充行为，优化注射时间和 压力，确保均匀填充。同时，翘曲模拟可以预测产品在 冷却过程中的变形程度，为后续的模具优化和工艺调整 提供依据。
案例二：汽车保险杠冷却分析
总结词
优化冷却管道设计，缩短冷却时间，提高生产效率
详细描述
在汽车保险杠的注塑过程中，通过CAE技术进行冷却 分析可以优化模具中的冷却管道设计。通过模拟冷却 过程中的温度场分布和冷却时间，可以找到最佳的管 道布局和冷却液温度，从而缩短冷却时间，提高生产 效率。
案例三：医疗用品成型过程模拟
塑料制品质量预测
通过模拟塑料在注塑过程中的流动 和冷却过程，注塑模CAE可以预测 塑料制品的质量和可靠性，如尺寸 精度、翘曲变形等。
7材料成型过程的计算机模拟——MOLDFLOW
7材料成型过程的计算机模拟——MOLDFLOW MOLDFLOW是一种用于模拟材料成型过程的计算机软件。
它通过计算机模拟，可以预测和优化塑料制品成型过程中的缺陷和问题，如短流、气泡、收缩和变形等。
本文将详细介绍MOLDFLOW的工作原理、应用和优势。
MOLDFLOW的工作原理主要基于有限元分析（FEA）方法。
它将整个成型过程分为多个时间和空间步骤，并对每个步骤中的物理过程进行数值模拟。
通过对塑料的熔融、流动、冷却和固化等过程的模拟，MOLDFLOW能够提供详细的信息，如温度分布、流动速度、塑料填充和压力分布等。
同时，MOLDFLOW还可以通过计算机模拟来预测和优化成型过程中的缺陷和问题，如短流、气泡、收缩和变形等。
MOLDFLOW的应用范围非常广泛。
它可以用于注塑成型、吹塑成型、压缩成型、挤出成型等各种材料成型过程的模拟和优化。
在注塑成型中，MOLDFLOW可以帮助优化模具设计、材料选择和加工参数，从而提高产品质量和生产效率。
在吹塑成型中，MOLDFLOW可以预测和优化瓶嘴的形状和位置，从而改善瓶子的气密性和外观。
在挤出成型中，MOLDFLOW可以模拟材料的流动和变形，从而改善挤出产品的尺寸精度和表面质量。
MOLDFLOW的优势主要体现在以下几个方面。
首先，它能够通过计算机模拟来预测和优化成型过程的缺陷和问题，从而节省了传统试验方法所需的时间和成本。
其次，MOLDFLOW可以提供详细的信息，如温度分布、流动速度、塑料填充和压力分布等，从而帮助工程师更好地理解材料的行为和成型过程的变化。
此外，MOLDFLOW还可以进行多场耦合分析，如热-流体耦合分析、应力-应变耦合分析和热-机械耦合分析等，从而更全面地研究材料成型的多种物理过程。
总之，MOLDFLOW是一种用于模拟材料成型过程的计算机软件。
它通过计算机模拟，可以预测和优化塑料制品成型过程中的缺陷和问题，如短流、气泡、收缩和变形等。
MOLDFLOW的工作原理基于有限元分析方法，它能够模拟塑料的熔融、流动、冷却和固化等过程，并提供详细的信息。
《材料成型技术基础》中计算机辅助成型工艺的研究及进展
《 料 成 型 技 术基 础 》 材 中 计 算 机 辅 助 成 型 工 艺 的研 究及 进 展
济南大学 王 守仁 王 慧 崔 焕 勇
摘要 ： 论述了材料成型计算机模拟技术在材料成型领域特别是金属液态成形工艺、 金属塑性成型工艺、 连接成型工
艺三 大 领 域 的 应 用 和 目前 的发 展 趋 势 与 方 向 ． 学科 前 沿 角度 对 相 关课 程 教 育 教 学起 到 一 定 引导 作 用 。 从
一
件 产 生 应 力 的 可 能 降低 到 最 低 限 度 ， 而 保 证 铸 件 的质 量 。 从 但 铸 金属液 态成 型技术是材料通 过改变物理状态 ， 实现“ 固态 由 于 铸 件 的结 构 、 型 材 料 对 铸 件 凝 固过 程 的 影 响 是 非 常 复 这种模拟计算 本身也很 复杂 ， 以， 所 应力 的模 拟仍 有很 液态一固态” 的转 变 ， 次 性 成 型 来 完 成 产 品生 产 的 工 艺 过 杂 的， 一
迅猛发展 ， 成为该领 域最为活跃的研究热点及技术前 沿 。
一
近２ Ｏ多年来 ， 材料成型技术 的计算机 工艺模 拟技术得 到 应 力 的 形 成 不 仅 影 响 铸 件 最 终 的质 量 和 使 用 效 果 （ 纹 变 形 裂 等 ） 而且 影 响 工艺 设 计 的 质量 （ 缩量 的 准确 给 定等 ） ， 收 。如果
、
金 属液 态 成 型 计 算 机 模 拟 技 术
能 模 拟 出铸 件 在 给 定 工 艺 下 的 应 力 分 布 ． 可 修 改 工 艺 把铸 就
程。 其成型工艺过程复杂 ， 生产周期长 ， 响因素多 ， 影 质量难 以 长 的 路 要 走 。 控 制 。而 计 算机 的迅 速 发展 使得 解 决 这 些 长 期 阻 碍 铸 造 生 产 ４ 铸 件 微 观 组 织数 值 模 拟 ．
提高《材料成型计算机模拟》课程的实践教学质量研究
法， 使学生理解有限元求解问题的本质即可。
决 问题， 积累经验 ， 这样就可事半功倍。 材料成型本科
在具备上述理论的基础上 ，学生容易从 根本上 生 以往 所 学 的理 论 知识 较 多 ，在 过 去学 习 的时候 往 清楚地理解模拟软件 ， 使学习过程变得轻松 。比如工 往 比较盲 目， 并且不知道所学知识今后 的用途 ， 而学 程中梁的问题分析 ，目的是求解系统中每根梁的受 习计算机 模拟软件 可建立起 理论 与实践 沟通 的桥 力和变形情况 ，原理采用力学中梁所受载荷与变形 梁 ， 使学生能够感 到所学的知识 的应用价值 ， 并可激 之 间 的关 系 ， 以及 静 力 平衡 方 程 ， 简 化 处理 后 得 到线 发出对专业的热爱。 比如对 Ｄ Ｅ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ软件， 教师在完 性代数方程｛ Ｆ ［ Ｋ］ ｛ ６｝ ， 有限元软件就是有限元 成 一个 镦 粗 实例 的教 学基 础 上 ，还 应该 布置 一 些作 方法 通过 求解 上述 方程组 得 出 目标结 果 。 为达 到更 好 业和练 习， 如开展冲裁实例的模拟 ， 这样既加深 了学 的教学效果 ， 教师可进一步将材料力学方法和有 限元 生对软件 的理解和使用 ，同时还进一步加强 了学生
《 材料成型计算机模拟》 是随着计算机技术 的飞 ４ ０ ｈ ， 迄今 已连续 １ ０ 届开设此课程 。
速发展和现代塑性有限元理论的逐步成熟而诞生 的 材料成形过程是极其复杂的高温 、 动态和瞬时过 门新开课程 ， ２ ０ ０ ２ 年起正式作为我校材料成型及 程 ， 难以直接观察。 为了获得优质构件 ， 必须控制制备
我 们 反 复 认 真研 讨 ，后 经 学 校 教 学 评 价 中 心专
１ 掌握理论
目前 应 用 较 为 广泛 的分析 软件 大 多 数 是基 于有 家组充分论证 ， 我们 向学校主管部 门提出了修改教学 限元 理 论 开 发 的 ， 因此 ， 必须 首 先 让 学生 理 解 利用 有 计划的申请 ， 决定依托多年来形成的教师队伍条件和 限元 方 法 解 决 工程 问 题 的原 理 。学 生 只有 具 备 了 比 学校计算机仿真实验室装备条件 ， 为材料成型及控制 较扎 实 的理 论基 础 ，才有 可 能 对 所分 析 的 问题 有 比 工程专业本科生开设《 材料成型计算机模拟》 课程 。 此 较准确的预测和判断。可以说 ， 理论水平 的高低材料成型及控制工 过程使材料的成分、 工艺 、 组织与性能处于最佳状态，
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2.2 网格划分成功
3.物性参数Visual-Cast
3.0 参数设置流程
3.1 模拟参数设置 3.2 定义实体单元类型 3.3 换热系数 3.4 运行条件设置 3.5 重力方向
3.1 模拟参数设置
3.2 定义实体单元类型
3.3 换热系数
3.4 运行条件设置
3.5 重力方向
（3). 计算机模拟分析
由于铸件技术要求中不允许出现裂纹,对铸件应力场进行模拟。如图3.12所示，模拟 铸件热裂与冷裂。可以看出浇注系统和冒口的合理设置、浇注温度和开箱时间的适 当，避免了较大的收缩应力和应力集中，且没有妨碍到铸件的正常收缩，使得热裂 与冷裂显著减少。
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材料成型计算机模拟
——铝合金壳体
班级：成型1304班 主讲：张阳 （20132384） 成员：杨梦奇 （20132354）
蔡圣 （20132379）
一、设计流程
➢1.实体建模 ➢2.分析材料，技术要求确定模拟（微观组织，应力场等） ➢3.运用模拟软件模拟，根据模拟结果分析缺陷，再重新设计工艺方案
（冷铁，冒口，出气孔，浇筑系统等） ➢4.确定最终方案，完成说明书（工艺，工装）
二、软件介绍——PROCAST
三、模拟流程
1.造型实体导入软件 2.网格划分。（Visual-Mesh）
软件界面示意
3.物性赋值（各种物理参数）(Visual-Cast)
ห้องสมุดไป่ตู้
4.观察运行结果(Visual-Viewer)
2.划分网格Visual-Mesh
2.1 划分网格流程
1.检查表面连接 2.合并相交面 3.检查并分离相交体
四、模拟结果Visual-Viewer
五、模拟结果分析与改进
• （1）铸件充型过程的模拟分析 • （2）补缩系统的分析与改进 • （3）计算机模拟分析
(1). 铸件充型过程的模拟与分析
经过前期的模拟分析和比较，选择了该种浇注系统
(1). 铸件充型过程的模拟与分析
如图所示为 充型50%时 的速度场， 可以看出充 型较平稳。
(2). 补缩系统的分析与改进
优化方案：使用普通冒 口无法达到预期效果， 鉴于该铸件壁厚较薄， 且中间型腔较大，冒口 和冷铁的配合使用效果 不明显，保温冒口有较 好的补缩效果，故使用 保温冒口。将冒口优化 为保温冒口后，再次进 行模拟，由图3.9可见缩 松缩孔全部集中在冒口 的位置，该补缩系统设 计合理。
(1). 铸件充型过程的模拟与分析
右图为边缘凸台 （截面）缩松缩 孔现象，可以看 出边缘凸台无缩 松缩孔现象的存 在。
(2). 补缩系统的分析与改进
(2). 补缩系统的分析与改进
补缩方案一： 使用普通冒口 和出气孔进行 模拟，可见缩 松缩孔并未消 除。
(2). 补缩系统的分析与改进
为了进一步分析该方案缩松 缩孔缺陷产生的原因，我们 对该方案冒口浇注系统凝固 70%温度场进行分析，如图 所示。可以看出冒口金属液 过早凝固，早于厚大部位到 达固相线，冒口金属液无法 对厚大部位进行补缩。
（3). 计算机模拟分析
采用本工艺方案得 到不同时间的凝固 温度场，如图3.10所 示。可知，该铸件 凝固过程基本符合 由下到上、从外到 里的顺序凝固原则， 能获得内部致密、 表面完整的铸件。
（3). 计算机模拟分析
对铸件的不同时间的 速度场进行模拟分析， 如图3.11所示。可知， 整个充型过程为均匀 平稳，能够减少缺陷 的产生。
(1). 铸件充型过程的模拟与分析
分析： 铸件充型 100%时的Air Entrainment （裹气情况） 可以看出裹气 较少，该浇注 系统设置合理， 内浇道避开紊 流区。
(1). 铸件充型过程的模拟与分析
分析： 右图为铸件厚 大部位（截面） 的缩松缩孔现 象，缩孔缩松 分布较为集中， 利于设置冒口 的补缩。