DEFORM-3D v5.0 基本操作指南_清华大学

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编写方刚刘海军清华大学机械工程系

2004年02月

DEFORM 软件简介

DEFORM系列软件是由位于美国Ohio Clumbus 的科学成形技术公司（Science Forming Technology Corporation)开发的。该系列软件主要应用于金属塑性加工、热处理等工艺数值模拟。它的前身是美国空军Battelle试验室开发的ALPID软件。在1991年成立的SFTC公司将其商业化，目前，DEFORM软件已经成为国际上流行的金属加工数值模拟的软件之一。主要软件产品有：

DEFORM- 2D

DEFORM-3D

DEFORM-PC

DEFORM-HT Module

DEFORM-Tools

练习 01

金属塑性成形的前处理

前处理是有限元分析的主要步骤，它所占用的操作时间占到用户操作时间的80% ，有很多定义都是在前处理阶段进行的。前处理出要包括：

1. 几何模型建立或导入

2. 网格划分

3. 材料定义

4. 物体的接触和摩擦定义

5. 模拟参数的设定

几何模型建立或导入

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

1. STL: 几乎所有CAD软件都有这个接口，它是通过一系列的三角形拟合曲面而成；

2. UNV: SDRC公司（现合并到EDS公司）软件IDEAS的三维实体造型及有限元网格文件格式，DEFORM接受其划分的网格。

3. PDA: MSC 公司的软件Patran的三维实体造型及有限元网格文件格式。

4. AMG ：这种格式DEFORM存储已经导入的几何实体。

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。

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的相关数据以及硬化、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。

每一种材料的数据都可以与温度等变量相关。

物体的空间位置调整

这里有两层含义，一是可以移动、旋转物体，改变他们的最初位置，因为在DEFORM-3D的前处理中不能造型，所以这一项功能特别重要，可以将输入到DEFORM中的毛坯、模具几何模型进行调整。二是为了更快地将模具和坯料接触，将他们干涉，有一个初步的接触量，这样计算上可以节省时间。另外，还可以定义摩擦接触的关系、摩擦系数、摩擦方式等。

模拟参数的定义

这里定义的参数，主要是为了进行有效的数值模拟。

因为成形分析是一个连续的过程，分许多时间步来计算，所以需要用户定义一些基本的参数：

1. 总步数：决定了模拟的总时间和行程；

2. 步长：有两种选择，可以用时间或每步的行程；

3. 主动模具：选择物体的编号；

4. 存储步长：决定每多少步存一次，不要太密，否则文件太大；

1.1 创建一个新的题目

1. 开始 — 程序 — DEFORM3D 5.0 —DEFORM-3D ，进入DEFORM-3D的主窗口。

2. File New Problem或在主窗口左上角点击按钮

3. 在接着弹出的窗口中默认进入普通前处理（Deform 3D-preprocessor）

4. 接下来在弹出的窗口中用第四个选项”Other Place”选择工作目录，然后点击“Next”

5. 在下一个窗口中输入题目的名称(Problem name) BLOCK 点击Finish

前处理操作窗口由图形显示窗口、物体参数输入窗口、物体显示及选择窗口以及各种快捷按钮组成。

1.2 设置模拟控制参数

1. 点击按钮进入模拟控制参数设置窗口。

2. 在Simulation Title一栏中把标题改为BLOCK。

3. 设置Units为English ，Deformation选项为Yes ，其它模拟选项均为No。

4. 点击OK按钮，返回到前处理操作窗口。

1.3 导入毛坯几何文件

1. 在前处理的物体操作窗口中点击按钮， (Geometry) 然后再选择 (Import … )选择在CAD中或其他CAE软件中的造型文件。

本例中选择安装目录下DEFORM3D\V5.0\Labs 的Block_Billet.STL

2. 在DEFORM3D v5.0的版本中，默认第一个物体是工件（毛坯）所以物体属性默认为Rigid-plastic

1.4 划分网格

对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体(Rigid)材料，需要划分有限元网格

1. 点击按钮进入网格划分窗口；

2. 可以在网格数量输入框中输入单元数或用滑动条来设定。在本例中，默认为8000

(在DEFORM3D中只能划分四面体网格，如果你想用六面体网格可以点击按钮Import ，输入IDEAS或PATRAN的网格）

3. 点击下面的按钮Preview可以预览，如果满意，可以点击按钮Generate Mesh来生成网格

1.5 视图观察操作

利用工具栏窗口中的快捷按钮可以方便地进行各种视图观察操作，下面仅举几个例子，用户可以将鼠标放置在每个按钮上，自动会出现提示。

01. 点或面的选取工具

点击工具栏上的按钮，在显示窗口可以选择物体的任意一节点或面

02. 标尺工具

点击工具栏上的按钮，点击物体上的任意一个节点，并按住鼠标不放，再选择另一个节点，然后松开鼠标。连接这两点的一条线段和该线段的长度值就会显示在在显示窗口中，直到用户点击Refresh按钮刷新。

1.6 存盘退出

01. 导入物体之后，用户应该选择File Save as或点击按钮 , 保存已有数据到一个Keyword文件中。

02. 如果用户想直接进入练习02 ，无需退出。否则，在控制窗口中选择File Quit ，而后单击DEFORM-3D系统窗口中的File Quit ，当被问及是否真的想退出时，请选择Yes。

练习 02 金属塑性成形的模具定位及前处理

注：若在完成练习01后没有退出DEFORM-3D ，请直接跳至2.2节

2.1 打开一个原有问题

同练习01 ，启动DEFORM，进入DEFORM-3D主窗口后，改变当前工作路径到上次所存放BLOCK文件所在的目录，点击右上角Pre Processor ，进入前处理窗

2.2 导入模具文件

1. 本练习中，我们将要导入上下模具的几何文件。在前处理控制窗口中点击增加物体按钮 Inter Objects … 进入物体窗口。可以看到在Objects列表中增加了一个名为Top Die的物体。

2. 在当前选择默认Top Die物体的情况下，直接选择然后选

3. 本例中选择安装目录下

DEFORM3D \V5.0\

Labs 的Block_Top Die.STL

4. 重复1-3 ，导入下模的几何文件，系统会自动命名该物体为Bottom Die ，相应的 STL文件为../deform/3d/v50/LIBS/Block_BottomDie.STL 。最后我们可以在显示窗口中看到上下模以及练习01中导入的金属体。

2.3 设置上模的运动参数

1. 首先在物体列表中选中Top Die。在预处理的控制窗口中点击按钮

Movement ，进入物体运动参数设置窗口。

2. 在物体窗口的物体列表中，选中 TOP_DIE ，点击Movement按钮。

3. 在运动控制窗口中，设置参数Direction为-Z ， Speed为1.

2.4 设置物体温度

由于某些材料属性与温度相关，所以即使在整个模拟过程中温度并不变化，仍需要给物体设置一适当的温度值，否则可能得不到正确的模拟结果。在物体窗口中选中1号物体Workpiece ，点击General按钮，在弹出的输入

物体温度窗口中，输入70(单位华氏摄氏度)

详细内容请见附件

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DEFORM切削加工操作教程一、进入Deform-3D界面进入运行Deform-3Dv6.1程序，软件打开软件会自动选择安装时的默认目录，为了防止运算结果混乱不便管理，可单击工具栏中的打开按钮选择新的文件存放路径，如图10：二、操作步骤1、进入前处理操作在主窗口右侧界面PreProcessor中Machining[Cutting]选项，弹出图11所示对话框，输入问题名称，单击【Next】按钮，进入前处理界面。2、选择系统单位进入前处理界面会自动弹出图12所示对话框，要求选择单位制(英制或国际单位制),按需求选择国际单位制(SystemInternational),然后单击【Next】按钮，进入下一步。3、选择切削加工类型Deform中给我们提供的加工方式有车削加工(Turing)、铣削加工(Milling)、钻削加工(Boring)、钻孔加工(Dtilling),其中我们模拟的是铣削加工，故选择Milling,然后单击【next】进入下一步，如图13所示。4、设定切削参数图14所示对话框参数设置，可根据自己的需要改变数值的大小，不过后面选择刀具参数时要考虑这些参数，否则很肯能出现接触错误。该模拟中选择参数如下：5、工作环境和接触面属性设置5、刀具设置如图16所示，单击新建刀具在弹出的对话框中选择预先建立好的刀具模型(图17),单击打开按钮，弹出刀具材料设定对话框选择预先定义好的刀具材料物理参数的key文件(图18),单击【load】加载刀具材料。所选刀具材料将被列在刀具材料设定对话框下方(图19)。一直单击Next直到完成刀具设置。6、刀具网格划分7、进入工件设定8、设定工件参数9、工件网格划分10、工件材料定义11、设定模拟条件下图所示对话框是对运算结果数据存储步数、终止、磨损条件的设定，具体参数如下：存储增量为25步村一次，总共计算步数5000步，切削终止角度65度。另外设定刀具参数，以便后处理中查看刀具磨损量，根据经验值取a、b分别为0.0000001和850单击想【next】进入下一步。12、检查设定结果并生成数据文件图26所示对话框要求检查设定的各项是否正确，若有不恰当处，会提出警告或错误。需要根据提示，单击【Back】按钮回到出现问题的窗口，对设定值进行修改，然后重新到达图26所示对话框进行检测，直到出现Databasecanbegenerated。然后单击图26对话框中的Generatedatabase,当左下角提示窗口中出现Donethewriting表示数据库已生成。单击【Next】按钮，弹出对话框单击【Yes】按钮，最后单击工具栏上退出按钮，弹出提示对话框，单击【Yes】退出前处理，同时在主窗口的文件夹下生成.DB文件，如图27所示，完成切削前处理过程。三、Deform-3D模拟运行过程及刀具特性分析完成切削模型前处理过程后，用鼠标左键单击文件目录菜单下的.DB文件，在Deform主窗口中单击工具栏上的▶按钮，也可以单击Deform主窗口右侧Simulator标题下的run选项，出现提示对话框，单击【ok】按钮，出现图28所示的模拟运行界面。Running表示正在运行，Message和log标签可以查看运行过程中每一步时间起止、节点、接触等情况。运行是以Step的形式保存数据，其数据存到生成的.DB文件中。运算过程中可以点击主窗口右侧的Simulator下的SimulationGraphics选项观看模拟过程及其效果，如图29所示。如果模拟效果不好或者有其它原因需要停止模拟过程，可以通过主窗口右侧的Simulator栏下的ProcessMonitor选项监控运行过程(图30)Abort表示吧该步运算完成后停止，AbortImmediately选项选择后立即停止运行。停止后图28所示的Runing消失。正常运行结束后可以打开后处理分析结果。刀具切削性能特征包括切削过程中的应力、应变、位移等变化特征。刀具特性分析步骤如下：(1)进入刀具特性分析界面：在主窗口下选择.DB文件，单击DieStressAnalysis选项即可进入刀具特性分析界面。(2)根据对话框提示信息逐步设定刀具需要的条件、参数等。(3)设定完毕通过运算生成新的.DB文件。(4)在生成的.DB文件下通过后处理来分析刀具的变化特征。更多内容见附件免责声明：本页面/内容部分素材来源于互联网公开信息，旨在传递更多信息，不代表本平台立场。版权归原作者或机构所有，如涉及侵权，请通过平台联系我们，我们将在核实后第一时间处理。本平台对转载内容的真实性、准确性不作任何保证，用户需自行判断并承担使用风险。

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