文本模式下的DEFORM应用【文献】
摘要：同 DEFORM 软件的图形用户界面模式相比，其文本运行模式有利于用户灵活控制工作流程和有 针对性地进行二次应用开发：DEFORM前处理器中每一项功能的实现，均可用相应的脚本命令控制。DE- FORM主程序根据脚本指令，调用相关功能模块完成分析对象的前处理和工件成形的数值模拟,本文对文本 模式下的 DEFORM运行过程及其关键技术 如：坯料网格细分、重建与修补，新旧网格数据的传递等)进行介 绍与讨论。
关键词：计算机应用；DEFROM: 文本模式；有限元:塑性成形
1 引言
DEFORM 是专用于模拟金属体积成形（如锻造、轧制、挤压等）的有限元软件，其前处理器包括三个模块：数据处理模块、网格自动划分与再划分模块以及数据传递模块\(^{[1]}\)。其中，数据处理模块的作用是方便数据的交互式输入，如：初始速度、冲头行程，以及界面摩擦系数等初始条件；而数据传递模块的作用则是当坯料网格重新划分后，在新旧网格之间实现应力场、应变场、速度场，以及边界条件等数据的便，具有良好的人机交互性、可扩充性和移植性。该系统使用不需要掌握 UG 软件的专业知识，就能使原本较为复杂的落料凸、凹模以及模架的设计在较短时间内完成，减轻了设计者的工作量，大大提高了冲裁模设计的效率。
R esearch onAuto—design ofBlankingD ies Based onUG Platform
LIANAidon^, LlXipin, GAO Jurf
(LEngineeringTrainingCenter ShandongUnive Jinan 250061, ShandongChin注
2SchooIofMateriaIs Scicnce and Engineering ShandongUniversib；Jinan 250061, ShandongChina) Abstract On the basis of iui'lher investigation tn the secondary development technologies ofUG so are and
the design characteristics ofblanking dies the auto—designmethod ofblanking dieswith its technology and process has been researched, and amodelsystem has been developed aswellThis system can beused toheIp designers to ccm—plete a series of tedious woiks such as designing punch and die selecting and assenb1ing Ihe die base anOOd so on Thus the design eyeIc and the inlensity* ofItiborhavebeen shortened and lovcied signiflcantb；and the errorcaused by the designerhas been reduced which can mpmve the intelligence and autrmatic levelofthe blankingdiemethod
K eyw ord a Auto—design B lanking d iest UG
自动传递，从而保证模拟计算的连续性。DEFORM 能在两种模式下运行，一种是 GUI图形用户界面）模式，便于用户操作使用；另一种是 texbonly 女本）模式，用户可以根据实际需要，利用该模式下的脚本（scrip0命令，开 发出自动调用 DEFORM 前处理功能模块的用户子程序。同 GUI图形用户界面）模式相比，尽管文本模式有利于用户灵活控制 DEFORM工作流程，针对具体应用进行二次开发，但是，由于存在学习难度大，操作不直观，对人员素质要求高等一系列问题，所以，在文本模式下运行 DEFROM 的文献报道并不多.
2 文本模式下的数值模拟过程
在数值模拟过程中，DEFORM 会根据工件形状或尺寸，自动给出一个网格边长推荐值。由于坯料大变形产生的网格畸变会导致有限元数值计算不收敛或计算精度丢失，所以，必须在模拟过程中对坯料或工件半成品网格进行重划、细划，并在新旧网格之间进行相关数据的有效传递。为了能够对网格划分和再划分进行自动控制，需在控制文件 GE_SM_CTL.TXT 中提前定义相关参数，当 DEFORM 主程序启动时，GE_SM_CTL.TXT 应位于当前用户工作目录下。GE_SM_CTL.TXT 文件中的控制参数含义及其用法见表 1\(^{[2]}\)。
图 1 是基于文本模式的 DEFORM 数值模拟流程（N—S 描述）\(^{[2]}\)。图中，脚本文件 GE_pre1.scr 命令 DEFORM 主程序建立初始用户项目数据库、GE_sim_scr 设置 DEFORM 求解器的运行方式、GE_pre3.scr 要求 DEFORM 重新生成用户项目数据库。三个脚本文件的格式及代码含义见表 2~4\(^{[2]}\)。DEFORM 主程序在文本模式下启动后，系统会自动从当前目录跳转到由控制文件 GE_SM_CTL.TXT 定义的工作目录，以便处理计算过程中产生的临时数据或中间数据。DEFORM 每一项功能的实现，例如前处理、再分区、模拟运行等等，均由特定的脚本程序执行，主程序依次调用相关脚本以完成整个数值模拟过程。例如：当需要用户输入数据时，主程序会自动调用存储在目录 “$DEFORMDIR/EXE” 下的数据处理模块（DEF_PRE.EXE）；当需要进行网格划分或再划分时，主程序会自动调用同一目录下的网格自动划分与再划分模块（DEF_REM.EXE）。
DEFORM 的初始化包括：①启动初始关键字文件，从该文件中读取相关参数，含坯料参数、模具参数和工序控制等参数；②建立用户项目数据库（例如 part1.DB）。
项目数据库的建立和操作方式取决于初始关键字文件 part1.KEY 定义的起始步数 NSTART 和控制文件 GE_SM_CTL.TXT 定义的用户项目数据库。如果 part1.KEY 中定义的起始步为 - 1 或 GE_SM_CTL.TXT 中指定的数据库文件不存在时，则 DEFORM 自动为当前项目生成一个新的数据库文件；如果希望强制生成一个新的项目数据库，则脚本文件 GE_pre1.scr 的第 9 行代码应写成 1；如果打算向已存在的项目数据库文件添加数据，则文件 GE_pre1.scr 的第 9 行代码应改成 2。每当建立新数据库时，已有的同名数据库将会被自动删除。用户项目数据库的建立和操作可以通过执行脚本命令 “DEF_PRE.EXE<GE_pre1.scr” 来完成，同时 DEFORM 将自动从工作目录中删除临时文件 FOR003 和 DEF_PRE3.TDB，否则前处理过程无法继续进行。项目数据库生成后，DEFORM 调用求解器进行模拟计算，其结果将以图形等方式在 DEFORM 后处理器中加以显示。
3 文本模式运行的关键技术
3.1 坯料网格细划
数值模拟过程中，坯料大变形产生的网格畸变会导致计算不收敛或计算精度丢失，此时，为了使模拟继续进行，必须对坯料的网格重划或细分。网格重划技术是成功模拟大变形时必须解决的关键技术\(^{[3]}\)。为了使 DEFORM 主程序能够在文本模式下捕获到坯料网格畸变失效步的节点数据、求解域和边界条件，需要在 $DEFORM\LOCAL 目录下建立 DEFORM 的本地求解器 DEF_SM_local.EXE，以取代其常规求解器 DEF_SM.EXE。建立本地求解器最简便的方法是将 DEFORM 的 DEF_SM.EXE 文件拷贝到用户的工作目录下，并将其更名为 DEF_SM_local.EXE。由于 DEFORM 用户子程序 USRMSH 在每一步分析前和 / 或结束时均将网格信息写进了数据库，所以，坯料网格重划后，新旧网格之间的节点数据与物理场数据能够顺利地转换和传递。
重划或细分网格需要解决两个问题\(^{[3]}\)：①因网格划分失败而导致模拟过程终止时，DEFORM 网格自动划分模块应同时终止；②主程序必须取得网格畸变步的节点数据、边界条件以及求解域，以便在新旧网格之间进行映射。数值模拟结束时，DEFORM 主程序首先检查工作目录下是否存在一个脚本文件 REMESH.SCR，如果该文件存在，则认为模拟过程是由于坯料网格划分失败而异常终止，否则认为模拟过程是因达到设定停止条件而正常终止。3.2 坯料网格的重建与修补
(1) 网格重建
网格重建是通过读取节点数据和接触边界条件实现的。重建的网格模型被存储在关键字文件 START_WORK.KEY 中，作为网格修补依据。
(2) 网格修补
这里的网格修补是指网格的自动修补，而不是交互式修补。在进行网格修补之前，需要首先对重建的坯料网格进行诊断检查。修补程序只对检查中作了标记的区域或单元进行处理。
3.3 数据传递
为了保证分析的连续性，必须将旧网格上的场变量传递给新网格，信息传递是坯料网格重分的核心\(^{[3]}\)。借助数据映射和插值计算，在新旧网格之间完成数据传递，一个新的记载网格重划或细分的关键字文件 SCRATCH.KEY 将被写入 WORKDIR 指定的工作目录，而新的接触边界约束将存储在同样目录下的关键字文件 CONTACT.KEY 中\(^{[3]}\)。
3.4 模拟计算的继续
坯料网格重建和修补结束后，DEFORM 求解器继续进行模拟计算。DEFORM 主程序首先检查其前处理程序 DEF_PRE.EXE 在标志步 “−n” 中创建的运行环境（包括坯料网格重建后的关键字文件 NEWMESH.KEY 和接触边界条件关键字文件 CONTACT.KEY，以及网格重建前保存的模拟数据等），然后在文本模式下执行脚本命令 “$DEFORMDIR/EXE/DEF_PRE.EXE < GE_pre3.scr”，以重新生成用户项目数据库。
DEFORM 在整个模拟求解过程中，会通过当前工作目录下的两个临时文本文件 GE_REMESH.TXT 和 GE_STEP.TXT 对计算步进行监控。其中，GE_REMESH.TXT 记录坯料网格的重建历程，GE_STEP.TXT 记录计算步的状态，例如：
网格重建 AT STEP 40
网格重建 AT STEP 56
3.5 模拟实例
使用 DEFORM 软件，对某型汽轮机叶片热模锻成形进行数值模拟，为优化工艺及模具设计提供科学参考。
锻件毛坯及模具的三维实体模型见图 2，模具有限元网格见图 3，模具有限元网格局部放大图见图 4。
由图 3、4 可知，DEFORM 自动划分网格，为提高计算精度和效率，模具型腔网格划分较为精细，其余部分则较为粗糙。模拟过程中，随着毛坯变形量的加大，其网格发生了畸变，DEFORM 通过捕获到坯料网格畸变失效步的节点数据、求解域和边界条件，对网格进行了自动重划，保证了模拟分析的连续性。
4 结束语
文本模式下 DEFORM 的应用，实际上是 DEFORM 主程序根据存储在脚本文件中的相关命令，依次调用自身功能模块，完成工件成形的前处理与数值模拟。
同 DEFORM 软件图形用户界面模式相比，文本运行模式便于用户灵活控制工作流程，可针对性开展二次应用开发。因此，对 DEFORM 文本运行模式的研究具备十分重要的现实意义。
原资料见附件
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