XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

DEFORM - система моделирования процессов на основе метода конечных элементов (FEM), предназначенная для анализа различных процессов формования и термообработки, используемых в металлообрабатывающей и смежных отраслях промышленности. Моделируя производственные процессы на компьютере, этот продвинутый инструмент позволяет дизайнерам и инженерам:

• Уменьшите потребность в дорогостоящих испытаниях в цехе и перепроектировании оснастки и процессов.

• Улучшить конструкцию инструмента и штампа для снижения производственных и материальных затрат.

• Сократить время вывода нового продукта на рынок.

В отличие от кодов FEM общего назначения, DEFORM предназначен для моделирования деформаций. A удобный графический интерфейс пользователя обеспечивает легкую подготовку и анализ данных, чтобы инженеры могли сосредоточиться на формировании, а не на изучении громоздкой компьютерной системы. Ключевым компонентом этого является полностью автоматическая, оптимизированная система повторного зацепления, предназначенная для решения проблем с большими деформациями.

DEFORM-HT добавляет возможность моделирования процессов термообработки, включая нормализацию, отжиг, закалку, отпуск, старение и науглероживание. DEFORM-HT может предсказывать твердость, остаточные напряжения, деформацию при закалке и другие механические и материальные характеристики, важные для тех, которые подвергаются термической обработке.

Начало работы в программе DEFORM

После запуска системы DEFORM-3D на экране появляется большое окно,

которое называется главным окном. Интерфейс системы имеет стандартные

элементы управления, характерные для программ, работающих в операционной системе Windows

Изучение Deform начнем на примере моделирования процесса ротационной сварки трением. В главном меню выбираем File → New problem или иконку на панели инструментов – появляется окно выбора типа решаемой задачи.

Следующие 2 окна позволяют указать директорию для размещения создаваемой задачи и ввести имя проблемы (здесь и далее разрешается использовать только буквы английского алфавита), соглашаемся с установками по умолчанию – нажимаем Next, а затем Finish. Запускается препроцессорная часть программы DEFORM.

Препроцессор программы DEFORM

Внешний вид препроцессора, запущенного в режиме помощника деформирования, несколько отличается от препроцессора обычного режима. Он также имеет главное меню и панели инструментов (панель работы с файлами и панель управления изображением), но в правой части находится дерево построения, облегчающее создание модели расчета.

Ввод начальных сведений о процессе

Сразу после запуска препроцессора появляется окно выбора системы единиц, которая будет использоваться при расчете. Выбираем System International (Международная система измерений) и нажимаем Next. Следующее окно позволяет установить тип решаемой задачи, а именно: холодная, теплая или горячая деформация. Выбираем горячую деформацию – Hot Forming, нажимаем Next. Далее помощник деформирования предлагает выбрать вариант моделирования температурной стороны процесса: расчет изменения температуры штампов, расчет температурного поля только деформируемой детали или расчет изотермического процесса (температура не рассчитывается). Моделировать измерение температурного поля будем только в заготовке, поэтому выбираем Constant die temperature (Постоянная температура штампов) и нажимаем Next.

На следующем шаге необходимо указать сложность моделируемой геометрии (для более сложной геометрии необходимо большее число конечных элементов) и точность расчета (при одном и том же числе конечных элементов более высокая точность обеспечивает достоверные результаты, но увеличивает продолжительность расчета).

Ввод сведений о заготовке

Работаем с заготовкой («Workpiece»). В дереве объектов выделяем «Workpiece», во вкладке «General» задаем температуру заготовки ()и тип объекта («Plastic»). Затем открываем вкладку «Geometry» на вертикальной ветке инструментов и нажимаем кнопку «ImportGEO», чтобы импортировать созданную в KOMPAS 3D геометрию заготовки. Чтобы проверить геометрию, нажимаем кнопку «CheckGEO».

Открываем вкладку «Mesh» на вертикальной ветке инструментов и при помощи ползунка или поля в окошке «Numberofelements» задаем число элементов, на которые надо разделить заготовку (чем больше элементов, тем точнее расчет); открываем вкладку «DetailedSettings» и в поле «SizeRatio» вводим 1 для того, чтобы заготовка разделилась на одинаковые элементы. Нажимаем кнопку «GenerateMesh» чтобы создать сетку. Чтобы проверить сетку, нажимаем кнопку «CheckMesh».

Открываем вкладку «Properties» на вертикальной ветке инструментов и в окне «Targetvolume» включаем режим «ActiveinFEM + meshing» для того, чтобы в процессе моделирования поддерживать объем в конечно-элементном расчете и чтобы сетка генерировалась в процессе расчета. Тут же надо рассчитать объем нажатием кнопки «CalculateVolume» (зеленая кнопка). После того, как объем рассчитан, смотрим разность между объемами сетки и заготовки. Эта разность должна быть маленькой, чтобы моделирование было точным. Чтобы принять рассчитанный объем, нажимаем кнопку «Yes».

Выбираем материал для заготовки. В горизонтальной ветке инструментов выбираем «Materials», где задаем материал из библиотеки кнопкой «Load from Lib» . Затем на вертикальной ветке инструментов во вкладке «General» задаем выбранный материал нажатием черного треугольника.

Добавляем новый объект – «TopDie», для этого в окне ветки объектов нажимаем кнопку «InsertObject» (бочка с плюсом) и проделываем те же действия, что и для «Workpiece».

Ввод сведений о инструментах

Добавляем новый объект – «BottomDie», для этого в окне ветки объектов нажимаем кнопку «InsertObject» (бочка с плюсом).

Работаем с инструментом («BottomDie»). В дереве объектов выделяем «BottomDie», во вкладке «General» задаем тип объекта («Rigid»). Затем открываем вкладку «Geometry» на вертикальной ветке инструментов и нажимаем кнопку «ImportGEO», чтобы импортировать созданную в KOMPAS 3D геометрию инструмента. Чтобы проверить геометрию, нажимаем кнопку «CheckGEO».

Задаем движение инструмента. Открываем вкладку «Movement» на вертикальной ветке инструментов. В окошке «Type» выбираем «Speed». В окошке «Rotation» выбираем «Angularvelocity» вводим значение 30 рад/сек.

Работаем с инструментом («Object 4»). В дереве объектов выделяем «Object 4», во вкладке «General» задаем тип объекта («Rigid»). Затем открываем вкладку «Geometry» на вертикальной ветке инструментов и нажимаем кнопку «ImportGEO», чтобы импортировать созданную в KOMPAS 3D геометрию инструмента. Чтобы проверить геометрию, нажимаем кнопку «CheckGEO».

Задаем движение инструмента. Открываем вкладку «Movement» на вертикальной ветке инструментов. В окошке «Type» выбираем «Speed». В окошке «Direction» задаем направление движения – «Z».

Движение инструмента можно посмотреть в этой же вкладке нажатием кнопки «Previewobjectmovement» в правом нижнем углу.

Инструменты необходимо привести в контакт с заготовкой. Для этого нажимаем кнопку «Objectpositioning»на горизонтальной ветке инструментов, откроется окно настройки позиционирования объектов. Самый точный способ позиционирования – «Interference», выбираем его. В окошке «Positioningobject» выбирается объект позиционирования; в окошке «Approachdirection», – с какой стороны позиционировать; в окошке «Reference», – относительно какого объекта позиционировать. После того, как все объекты спозиционированы, нажимаем кнопку «Apply», затем «OK».

Настраиваем взаимодействие объектов. Для этого нажимаем кнопку «Inter-object»на горизонтальной ветке инструментов, откроется окно, информирующий о том, что программа создаст взаимодействия между созданными объектами, нажимаем «Yes». Откроется окно настройки взаимодействий между объектами. Выделяем ЛКМ одно отношение объектов и нажимаем кнопку «Edit». В открывшемся окне во вкладке «Deformation» задаем трение: выбираем «Shear» (закон трения по Зибелю), и вводим коэффициент или выбираем из рекомендуемого (список рекомендуемых коэффициентов трения открывается нажатием кнопки «черный треугольник»). В данной работе коэффициент меняется и нужно задавать графическую зависимость, но для данного моделирования задаем коэффициент трения 0,12. Во вкладке «Thermal» выбираем «Forming». Закрываем это окно кнопкой «Close». Выделяем отношение, для которого задали трение, и нажимаем кнопку «Applytootherrelations», чтобы применить такие же параметры трения для других отношений. Нажимаем «молточек» и затем на кнопку «Generate All».

Создаем базу данных. Для этого в горизонтальной ветке инструментов выбираем «Generate Base». Проверяем базу данных кнопкой «Check». Если без ошибок, то создаем базу кнопкой «Generate». Выходим из препроцессора.

В главном окне программы выбираем созданную БД и нажимаем кнопку «Run».

Анализ результатов моделирования

После того, как задача подсчитана, входим в постпроцессор кнопкой «Deform-2D/3D Post»и смотрим результаты моделирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. DEFORM v10.2 and DEFORM v11.0 (Beta) INTEGRATED 2D3D SYSTEM MANUAL.