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基于 Deform-3D 的热锻成形仿真分析 (上)

文章出处:江苏凤谷节能科技有限公司www.fg-furnace.com责任编辑:江苏凤谷节能科技有限公司www.fg-furnace.com人气:-发表时间:2016-12-21 09:05【

Deform-3D 软件是国际上最为实用的金属塑性成形体积成形有限元分析软件,这也是该软件有别其他特色之处。Deform-3D 软件不仅可对锻件的二维、三维塑性成形过程进行模拟,还具有自动再划分网格技术和后处理时可视化的操作。Deform-3D 软件将其锻造过程和计算机紧密的结合起来,使工业化的机械加工进一步完善模拟和发展。

锻压现场实验的基础上,利用 Deform-3D 软件对锻造过程中的温度场和尺寸应变场进行模拟。并通过该模拟充分显示了锻件温度和尺寸变化。Deform-3D软件对锻造过程仿真的流程图如图 4-1 所示:

1.png

(1)

分析模型:针对锻造过程中的锻件温度和尺寸的变化进行分析时,考虑到环境影响和塑性做功的影响,进而基于热传导方程和材料的力学原理建立有限元的模型。Deform-3D 是以修正的拉格朗日定理为理论依据,利用刚塑性有限元法对锻造过程进行有限元分析。锻件材料模型尤为重要的,锻件材料模型包括刚性材料模型,塑性材料模型,多孔材料模型,弹性材料模型。

(2)

离散化:离散化是将锻件变形从空间上特定的力学和温度边界等条件下分解成许多的小单元模块来进行分析。根据需要将锻件进行六面体或四面体的网格划分,但由于四面体网格比六面体网格更容易实现。Deform-3D 软件一般的采用四面体网格进行划分,该四面体网格可根据锻件空间的大小自行设定,并进行相关特殊的网格关系处理。例如当锻件的尺寸变化超出单元尺寸设定值时,Deform-3D 软件凭借很强的自我重划分功能,对锻件进行自我重新划分,但在同类软件中,Deform-3D软的自我重划分件对锻件损伤情况是最小的。

(3)

微单元的分析:在锻造过程中锻件温度和形变并非是均匀的,且两者之间的相互变化关系也是非线性的,且不易分析。因此通过对锻件离散化的微分单元进行相应的关系构造,就能够对锻件锻造过程中整体锻件的关系进行评估。Deform-3D软件常用求解方法有两种:共轭梯度法和稀疏矩阵法。一般对于在温度影响下的锻件尺寸形变或纯温度变化,可使用稀疏矩阵法进行分析求解。在锻造过程中锻件与砧子之间运动都适合于该特点。因此本文采用的是软件的稀疏矩阵法求解器。

(4)

相关条件:在锻造过程中,无论对于锻件的描述,还是有限元数值模拟方法的求解都需进行相应的边界条件描述。因此,Deform-3D 软件中也需进行相应设定。 锻件温度场的边界条件:首先要通过边界条件的指定项对锻件的边界面进行选取。其次,在 Deform-3D 软件中,可通过模拟控制中程序条件的环境温度和对流系数进行设定来解决热对流的影响,并且也可对材料模型热传导项中的辐射系数进行设定,以解决热辐射的影响。锻件热导率和比热容也可在材料模型热传导项中进行设定。

功能换系数:在锻件锻造的瞬时情况下,功能系数通过以上数学模型计算被取为一个相应的常数。在 Deform-3D软件中,功能换系数一般通过在模拟控制程序条件下常数项进行设定。 

接触边界:在锻造过程中,锻件的接触问题有两种:刚体-塑性体、塑性体-塑体。而在热态锻件成形时要将锻件视为塑性柔体,砧子作为刚体。刚体和塑性体两种不同材料的接触,仅限于表面作用力下的接触,而且相互作用的两种材料不会出现相互渗漏现象。在 Deform-3D 中接触边界可通过边界条件和物体内部参数的设定来解决锻件实际加工中的作用接触问题。


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