毕业论文_deform模拟坯料在旋转锻造中的应力变形(编辑修改稿)

毕业论文_deform模拟坯料在旋转锻造中的应力变形(编辑修改稿)内容摘要：

)的单独调整。 ④预存工作模式，可对不同工件的工艺过程、工艺参数预先存储和重复调用，缩短调整时间。 ⑤对高速下的换向冲击可利用软件来消除，以降低噪声，提高系统的稳定性。 ⑥在安全方面，可利用软件进行故障预诊断，并自动修复故障和显示错误。 ⑦易实现生产线的集散控制，组成柔性生产线以及与上位机进行通信和实现调度控制。 精锻机由手动、半自动发展到自动控制，70年代又发展到用计算机控制。 从工艺组成上与其他设备的联合也有了大幅提高，采用液压锻压机和精锻机联合作业，在高速钢和钛合金生产中较为普遍，也有采用大小精锻机联合作业的。 70年代以来,精锻工艺又发展为精锻轧制工艺，并创造了精锻轧机组,它由一台多锤头的连续式精锻机后带若干架轧机组成，主要用在合金钢厂生产小型棒材。 精锻机发展趋势(1)高速、高效、低能耗。 提高精锻机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。 充分合理地利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 (3)自动化、智能化。 微电子技术的高速发展为精锻机的自动化和智能化提供了充分的条件。 自动化不仅仅体现在加工，还体现在自动实现对系统的诊断和调整，具有故障预处理功能。 (4)液压元件的集成化，标准化。 集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止了泄露和污染。 标准化的元件为机器的维修带来方便。 (5)精锻机的宜人化。 随着精锻机的高速和自动化，限制噪声和震动、防止环境污染、消除人身事故、保证精锻机安全可靠地进行自动化生产就显得非常重要了[1516]。 3 基于DEFORM的有限元分析 DEFORM简介 EFORM的发展DEFORM是ALPID研发的一款商品化分析软件，由SFTC公司推广应用。 DEFORM2D ，1998年退出了三维系统DEFORM3D。 它是一套基于有限元仿真系统，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:①设计工具和产品工艺流程,减少昂贵的现场试验成本。 ②提高工模具设计效率,降低生产和材料成本。 ③缩短新产品的研究开发周期。 DEFORM系统结构DEFORM不同于一般的有限元程序,它是专为金属成形而设计的。 它具有非常友好的图形用户界面,可帮助用户很方便地进行准备数据和成形分析。 这样,工程师们便可把精力主要集中在工艺分析上,而不是去学习烦琐的计算机系统。 DEFORM专为大变形问题设计了一个全自动的、优化的网格再划分系统。 DEFORM是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统,它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。 前处理器处理模具和坯料的材料信息及几何信息的输入、成形条件的输入,建立边界条件,它还包括有限元网格自动生成器。 模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导于一体的有限元求解器。 后处理器是将模拟结果可视化,支持OPGL图形模式,并输出用户所需的模拟数据[17]。 DEFORM的功能(1)成形分析：①冷、温、热锻的成形和热传导偶合分析,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；②丰富的材料数据库,包括各种钢、铝合金、钛合金等,用户还可自行输入材料数据；③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,弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题,烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形；④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；⑤温度、应力、应变、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了。 (2)热处理：①模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程。 ②预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和含碳量；③可以输入顶端淬火数据来预测最终产品的硬度分布；④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,各种现象之间相互耦合。 拥有相应的模块之后这些耦合将包括由于塑性变形引起的升温、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[18]。 刚塑性有限元法塑性成型一般为大变形问题，此时材料的弹性变形量相对于塑性变形量可以忽略不计，因而可视为刚塑性材料。 针对这种刚塑性材料建立的有限元法就称为刚塑性有限元法，它是小林史郎（Shiro Kobayshi）和李（）于1973年提出的，二十年来已得到很大的发展，广泛应用于分析各种塑性加工问题。 人们常采用拉格朗日乘子法、罚有限元法和杂交有限元。 拉格朗日乘子法 它所用的变分原理是基于最小势能原理的混合变分原理，将不可压缩约束条件用乘子 λL 相乘代入势能中来修正势能。 利用修正的势能原理可以得出位移与拉氏乘子 λL为基本未知数的控制方程。 其主要特点是同时以节点位移和静水压力为基本未知量进行联立求解。 尽管混合变分公式的具体形式不同，但最终的离散方程皆有如下形式：其中[K ]，[E ] 为单刚中非零矩阵，上标T 表示转置；Δu 为位移增量；Δp 为静水压力增量；R为单元等效外力；F 为单元内力；I 为不可压缩修正项。 该方法的优点是直观，且不必对零体积膨胀约束进行特殊处理；缺点是增加了自由度数目，即拉氏乘子λL的数目，λL的出现会增加最后切向刚度方程的带宽，使运算效率降低，另外导致了离散矩阵的非定性，难用一般方法求解。 吕和祥采用了子结构法解决了该问题，但较繁，不易于推广，范家齐等也对受内压的橡胶圆柱进行了研究。 罚有限元法 将罚函数的概念引入有限元中，把应变能分解成偏应力和体应力产生的应变的叠加形式，通过选择适当的惩罚函数，利用罚因子放松不可压缩的约束条件，最终得到只含位移未知量的离散方程。 为了避免数值上的困难，插值函数和求单元刚度阵的数值积分是分开进行的。 对刚度矩阵中体变部分用低于其他项积分阶段的简化积分法，由于是有选择的不同积分阶段，所以也称选择积分法。 用静力凝聚法消去压力自由度，最后只剩下节点位移为自由度，因而方程阶数未增加，效率高于拉氏乘子法。 优点是由于乘法函数的引入，使得刚度矩阵对角线上的零元素消失，变得对称正定，可以通用的解法进行求解；缺点是为了确保迭代过程的收敛，要适当的选择惩罚因子。 杂交有限元杂交应力元由卞学簧于1964年首次提出，其后杂交元理论不断发展，其应用对象从二维，平板发展到三维和壳体，在橡胶类材料的小变形中得到了应用。 杂交应力元采用的是基于最小余能原理的Reissner变分原理，以节点位移和应力作为基本未知量，对于不可压缩橡胶类材料又引入静水应力作为基本未知量。 其应力可用单元的应力参数插值来表示：其中[p]是应力函数矩阵，{β}是应力参数列向量，这样首先对应力进行变分，使得应力未知量在单元范围内凝聚掉，最后得到的单元刚度方程，与混合法（拉氏乘子法）基本相同，但有本质区别。 杂交应力元在单元内放松了对位移的约束，使单元有比较适中的刚度，一般能给出比较准确的位移解，由于直接假定了单元内的应力模式，没有求导引起的精度损失，而且可以根据具体问题选择最优的应力模式，使得单元内应力值及其分布规律更为合理。 特别是在板壳类问题中，避免了单元间难以协调的困难[19]。 4 高速钢精锻过程建模 Pro/Engineer简介Pro/Engineer是世界上最成功的CAD/CAM软件之一，它是美国PTC公司的产品。 该公司1985年成立于波士顿，现已发展为全球CAD/CAM/CAE领域最具代表性的著名公司，其软件产品的总体设计思想体现了MDA(Mechanical Design Automation)软件的新发展，所采用的新技术比其他MDA软件具有更多优越性Pro/Engineer的功能非常强大，为工业产品设计提供完整的解决方案，广泛用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构设计、有限元分析及关系库管理等各个领域。 它的产品功能模块包括：基本模块、曲面造型、特征定义、装配设计、组件设计、工程制图、图表设计、电缆制造、模具设计、钣金设计、有限元网格等Pro/Engineer软件具有强大的实体造型功能。 它完全集成了表面和实体建模技术，是一个领先的造型软件。 Pro/Engineer能完成任何工业设计，而且任何设计思想都能得到体现。 本课题之所以采用Pro/Engineer来建模是因为在有限元软件中建模相对比较困难而Pro/Engineer与其它建模软件相比，具有明显的优点，主要表现在：(1)实体造型。 设计人员可在计算机上直接进行三维设计，在屏幕上能够见到产品的真实三维模型，这是工程设计方法上的一个重大的突破。 产品的形状和结构越复杂，更改越频繁，则采用三维实体软件进行设计的优越性越突出。 (2)参数化设计。 可使产品的设计随着某些结构尺寸修改和使用环境的变化而自动修改图形。 (3)特征设计。 它具有很突出的优点，在设计阶段就可以把很多后续环节要使用的有关信息存放到数据库中。 这样便于实现并行工程，使得设计绘图、计算分析、工艺审查等后续工作都顺利的完成。 (4。