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DEFORM简介

DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统,用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程,帮助工程师和设计人员: 设计工具和产品工艺流程,减少昂贵的现场试验成本。 提高工模具设计效率,降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。

 
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特征

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。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。


DEFORM操作流程

(1)导入几何模型

  在DEFORM-3D软件中,不能直接建立三维几何模型,必须通过其他 CAD/CAE软件建模后导入导DEFORM系统中,目前,DEFORM-3D的几何模型接口格式有:

  ①STL:几乎所有的CAD软件都有这个接口。它由一系列的三角形拟合曲面而成。
  ②UNV:是由SDRC公司(现合并到EDS公司)开发的软件IDEAS制作的三维实体造型及有限元网格文件格式,DEFOEM接受其划分的网格。
  ③PDA:MSC公司的软件Patran的三维实体造型及有限元网格文件格式。
  ④AMG:这种格式DEFORM存储己经导入的几何实体。

(2)网格划分

  在DEFORM-3D中,如果用其自身带的网格剖分程序,只能划分四面体单元,这主要是为了考虑网格重划分时的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面体(砖块)网格。网格划分可以控制网格的密度,使网格的数量进一步减少,有不至于在变形剧烈的部位产生严重的网格畸变。

  DEFORM-3D的前处理中网格划分有两种方式,一种是用户指定单元数量,系统默认划分方式,用户指定的网格单元数量只是网格划分的上限约数,实际划分的网格单元数量不会超过这个值。用户可以通过拖动滑块修改网格单元数,也可以直接输入指定数值,该数值和系统计算时间有着密切的关系,该数值越大,所需要的计算量越大,计算时间越长。

  另一种手动设置网格使用的是 Detailed settings下的Absolute方式,该方式允许用户指定最小或最大的网格尺寸和最大与最小网格尺寸的比值。该值设置完成在网格单元数量中可以看到网格的大概数目,但无法在那里修改,只能通过修改最大或最小单元尺寸来修改网格数目。

(3)初始条件

  有些加工过程是在变温环境下进行的,比如热轧,在轧制过程中,工件,模具与周围环境介质之间存在热交换,工件内部因大变形生成的热量及其传导都对产品的成形质量产生主要的影响,对此问题,仿真分析应按照瞬态热一机祸合处理。DEFORM材料库可以提供各个温度下材料的特性。

(4)材料模型

  在DEFORM-3D软件中,用户可以根据分析的需要,输入材料的弹性、塑性、热物理性能数据,如果需要分析热处理工艺,还可以输入材料的每一种相得相关数据以及硬化、扩散等数据。

  为了更方便的使用户模拟塑性成形工艺,该软件提供了100余种材料(包括碳钢、合金钢、铝合金、钛合金、铜合金等)的塑性性能数据,以及多种材料模型。在材料库中,对每一种支持的材料提供了不同温度和应变率下材料流动应力应变曲线和膨胀系数,弹性模量,泊松比,热导率等随温度的变化曲线。

(5)接触定义

  接触菜单用于定义工件与所有用到的模具之间以及模具之间可能产生的接触关系。工件在变形过程中的温度,变形量是待求量,工件通常被定义成为可变形接触体。通常,最简单,计算效率最高的定义是用二维曲线(ZD平面或是轴对称锻造)或是三维空间曲面(3D锻造)描述模具参与接触部分的外表面轮廓,用刚性接触体描述。刚性接触体上只具有常温,起主动传递刚体位移或合力作用。如果需要关心模具的温度变化,可将模具上所关心的部分离散成单元(二维平面单元或是三维轴对称实体单元),定义成为允许传热的刚性接触体,分析过程中,模具既有传递位移或合力作用,同时又有内部热量的传导和与外界的换热。实际锻造过程中,模具或多或少都存在变形,当要分析模具的温度和变形时,可将模具离散成为具有温度和位移自由度的有限单元,定义成为可变形的接触体,这会使计算的规模增加,但是分析结果更加合乎实际情况。还有一类刚性接触体为对称面,定义在工件上具有对称边界条件位置处,起施加对称边界条件的约束作用。定义的对称刚性平面可以满足法向的零位移约束和法向零热流约条件。

(6)网格自动重新划分

  模拟分析过程中,单元附着在材料上,材料在流动过程中极易使相应的单元形状产生过度变形导致畸形。单元畸变后可能会中断计算过程。因此,保证仿真过程中材料经过较大流动后分析仍然可以继续,获得的结果仍然具有足够的精度是非常重要的。DEFORM在网格畸变达到一定程度后会自动重新划分畸变的网格,生成新的高质量网格。对3D分析,按增量加载频率或两组网格重划其间累积的最大应变增量来引导程序自动的网格重划。

(7)增加约束

  DEFORM可以在节点上增加各个自由度的约束。

(8)后处理

  DEFORM后处理菜单为用户提供了直观方便的评价成形过程,成形产品质量,工具损伤的必须信息以及图片,文本和表格形式提取和保存所需结果的各种工具。DEFORM支持在加工过程中以等值线,分布云图,数值符号,色标,等值面和切平面矢量等方式显示各种场变量分布。也可按路径显示或历程显示分析结果。显示结果能够借助于色调,光照和渲染产生出具有逼真效果的图形。也可利用分析结果制作动画和电影。用户利用这些提取各种体成形分析结果工具,足以获得设计产品加工工艺所关注的全部信息。这对设计人员充分了解设计工艺及其实施的可行性是大有裨益的。一旦模具设计和初始坯料形状尺寸不合理,从分析结果中可显示出材料流动受阻后可能出现的开裂或是重叠,从历程显示可以提取模具成形力随行程的变化曲线,是一个从设备加工能力,设备消耗角度来设计加工工艺的必须指标。在后处理界面中显示工件流动过程中应力,应变,应变率和温度的分布变化,帮助工艺设计师评定工件的加工质量。其中的局部加工硬化,应力集中,高应力梯度,工件模具的接触压力等结果,可以评定成形产品的质量好坏的控制因素。