DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。通過在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過程，幫助工程師和設(shè)計(jì)人員：設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場試驗(yàn)成本；提高模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本；縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。
該系統(tǒng)最初應(yīng)用于20世紀(jì)80年代的熱鍛造應(yīng)用，應(yīng)用涵蓋整個(gè)鍛造產(chǎn)品范圍，可以模擬軸對(duì)稱（圓形）零件，包括渦輪盤、法蘭、加厚管、軸等常規(guī)應(yīng)用；三維應(yīng)用包括齒輪、曲軸、連桿、活塞、控制臂、履帶、軛架、醫(yī)療植入物、扳手、具有復(fù)雜筋-翼的結(jié)構(gòu)零件、泵殼和閥體等。Deform軟件從V11版本開始，軟件的結(jié)構(gòu)有了很大的變化，軟件在2D與3D方面繼續(xù)深度融合。
軟件介紹
DEFORM-2D（二維）
適用于各種常見的unix工作站平臺(tái)（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機(jī)平臺(tái)。可以分析平面應(yīng)變和軸對(duì)稱等二維模型。它包含了最新的有限元分析技術(shù)，既適用于生產(chǎn)設(shè)計(jì)，又方便科學(xué)研究。
DEFORM-3D（三維）
適用于各種常見的UNIX工作站平臺(tái)（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機(jī)平臺(tái)。可以分析復(fù)雜的三維材料流動(dòng)模型。用它來分析那些不能簡化為二維模型的問題尤為理想。
DEFORM-PC（微機(jī)版）
適用于運(yùn)行Windows 95，98和NT的微機(jī)平臺(tái)。可以分析平面應(yīng)變問題和軸對(duì)稱問題。適用于有限元技術(shù)剛起步的中小企業(yè)。
DEFORM-PC Pro（Pro版）
適用于運(yùn)行Windows 95，98和NT的微機(jī)平臺(tái)。比DEFORM-PC功能強(qiáng)大，它包含了DEFORM-2D的絕大部分功能。
DEFORM-HT（熱處理）
附加在DEFORM-2D和DEFORM-3D之上。除了成形分析之外，DEFORM-HT還能分析熱處理過程，包括：硬度、晶相組織分布、扭曲、殘余應(yīng)力、含碳量等。
功能
成形分析
冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合分析（DEFORM所有產(chǎn)品）。
豐富的材料數(shù)據(jù)庫，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金和超合金（DEFORM所有產(chǎn)品）。
用戶自定義材料數(shù)據(jù)庫允許用戶自行輸入材料數(shù)據(jù)庫中沒有的材料（DEFORM所有產(chǎn)品）。
提供材料流動(dòng)、模具充填、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動(dòng)、缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況、金屬微結(jié)構(gòu)等信息（DEFORM所有產(chǎn)品）。
剛性、彈性和熱粘塑性材料模型，特別適用于大變形成形分析（DEFORM所有產(chǎn)品）。
彈塑性材料模型適用于分析殘余應(yīng)力和回彈問題（DEFORM-Pro,2D,3D）。
燒結(jié)體材料模型適用于分析粉末冶金成形（DEFORM-Pro,2D,3D）。
完整的成形設(shè)備模型可以分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機(jī)械壓力成形（DEFORM所有產(chǎn)品）。
用戶自定義子函數(shù)允許用戶定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準(zhǔn)則和其他函數(shù)（DEFORM-2D，3D）。
網(wǎng)格劃線（DEFORM-2D，PC，Pro）和質(zhì)點(diǎn)跟蹤（DEFORM所有產(chǎn)品）可以分析材料內(nèi)部的流動(dòng)信息及各種場量分布
溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、損傷及其他場變量等值線的繪制使后處理簡單明了（DEFORM所有產(chǎn)品）。
自我接觸條件及完美的網(wǎng)格再劃分使得在成形過程中即便形成了缺陷，模擬也可以進(jìn)行到底（DEFORM-2D，Pro）
單步模具應(yīng)力分析方便快捷，多變形體模型允許分析多個(gè)塑性成形工件、組合模具或帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時(shí)的成形過程應(yīng)力（DEFORM-2D，Pro，3D）。
基于損傷因子的裂紋萌生及擴(kuò)展模型可以分析剪切、沖裁和機(jī)加工過程（DEFORM-2D）。
熱處理
模擬正火、退火、火、回火、滲碳等工藝過程
預(yù)測硬度、晶粒組織成分、扭曲和含碳量。
專門的材料模型用于蠕變、相變、硬度和擴(kuò)散。
可以輸入頂端淬火數(shù)據(jù)來預(yù)測最終產(chǎn)品的硬度分布。
可以分析各種材料晶相，每種晶相都有自己的彈性、塑性、熱和硬度屬性。
混合材料的特性取決于熱處理模擬中每步各種金屬相的百分比。
DEFORM用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴(kuò)散之間復(fù)雜的相互作用。擁有相應(yīng)的模塊以后，這些耦合效應(yīng)將包括：由于塑性變形功引起的升溫、加熱軟化、相變控制溫度、相變內(nèi)能、相變塑性、相變應(yīng)變、應(yīng)力對(duì)相變的影響以及含碳量對(duì)各種材料屬性產(chǎn)生的影響等。
軟件操作流程
（1）導(dǎo)入幾何模型
在DEFORM-3D軟件中，不能直接建立三維幾何模型，必須通過其他 CAD/CAE軟件建模后導(dǎo)入導(dǎo)DEFORM系統(tǒng)中，目前，DEFORM-3D的幾何模型接口格式有:
①標(biāo)準(zhǔn)模板庫:幾乎所有的CAD軟件都有這個(gè)接口。它由一系列的三角形擬合曲面而成。
②UNV:是由SDRC公司(現(xiàn)合并到EDS公司)開發(fā)的軟件IDEAS制作的三維實(shí)體造型及有限元網(wǎng)格文件格式，DEFOEM接受其劃分的網(wǎng)格。
③PDA:MSC公司的軟件Patran的三維實(shí)體造型及有限元網(wǎng)格文件格式。
④AMG:這種格式DEFORM存儲(chǔ)己經(jīng)導(dǎo)入的幾何實(shí)體。
（2）網(wǎng)格劃分
在DEFORM-3D中，如果用其自身帶的網(wǎng)格剖分程序，只能劃分四面體單元，這主要是為了考慮網(wǎng)格重劃分時(shí)的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面體(磚塊)網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分可以控制網(wǎng)格的密度，使網(wǎng)格的數(shù)量進(jìn)一步減少，有不至于在變形劇烈的部位產(chǎn)生嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變。
DEFORM-3D的前處理中網(wǎng)格劃分有兩種方式，一種是用戶指定單元數(shù)量(絕對(duì)網(wǎng)格劃分），系統(tǒng)默認(rèn)劃分方式，用戶指定的網(wǎng)格單元數(shù)量只是網(wǎng)格劃分的上限約數(shù)，實(shí)際劃分的網(wǎng)格單元數(shù)量不會(huì)超過這個(gè)值。用戶可以通過拖動(dòng)滑塊修改網(wǎng)格單元數(shù)，也可以直接輸入指定數(shù)值，該數(shù)值和系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間有著密切的關(guān)系，該數(shù)值越大，所需要的計(jì)算量越大，計(jì)算時(shí)間越長。
另一種手動(dòng)設(shè)置網(wǎng)格使用的是 Detailed settings下的Absolute方式，該方式允許用戶指定最小或最大的網(wǎng)格尺寸和最大與最小網(wǎng)格尺寸的比值（相對(duì)網(wǎng)格劃分）。該值設(shè)置完成在網(wǎng)格單元數(shù)量中可以看到網(wǎng)格的大概數(shù)目，但無法在那里修改，只能通過修改最大或最小單元尺寸來修改網(wǎng)格數(shù)目。
（3）初始條件
有些加工過程是在變溫環(huán)境下進(jìn)行的，比如熱軋，在軋制過程中，工件，模具與周圍環(huán)境介質(zhì)之間存在熱交換，工件內(nèi)部因大變形生成的熱量及其傳導(dǎo)都對(duì)產(chǎn)品的成形質(zhì)量產(chǎn)生主要的影響，對(duì)此問題，仿真分析應(yīng)按照瞬態(tài)熱一機(jī)禍合處理。DEFORM材料庫可以提供各個(gè)溫度下材料的特性。
（4）材料模型
在DEFORM-3D軟件中，用戶可以根據(jù)分析的需要，輸入材料的彈性、塑性、泊松比、楊氏模量、電阻、熱物理性能數(shù)據(jù)，如果需要分析熱處理工藝，還可以輸入材料的每一種相得相關(guān)數(shù)據(jù)以及硬化、擴(kuò)散等數(shù)據(jù)。
為了更方便的使用戶模擬塑性成形工藝，該軟件提供了100余種材料（包括碳鋼、合金鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等）的塑性性能數(shù)據(jù)，以及多種材料模型。在材料庫中，對(duì)每一種支持的材料提供了不同溫度和應(yīng)變率下材料流動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變曲線和膨脹系數(shù)，彈性模量，泊松比，熱導(dǎo)率等隨溫度的變化曲線。
（5）接觸定義
接觸菜單用于定義工件與所有用到的模具之間以及模具之間可能產(chǎn)生的接觸關(guān)系。工件在變形過程中的溫度，變形量是待求量，工件通常被定義成為可變形接觸體。通常，最簡單，計(jì)算效率最高的定義是用二維曲線(ZD平面或是軸對(duì)稱鍛造)或是三維空間曲面(3D鍛造)描述模具參與接觸部分的外表面輪廓，用剛性接觸體描述。剛性接觸體上只具有常溫，起主動(dòng)傳遞剛體位移或合力作用。如果需要關(guān)心模具的溫度變化，可將模具上所關(guān)心的部分離散成單元(二維平面單元或是三維軸對(duì)稱實(shí)體單元)，定義成為允許傳熱的剛性接觸體，分析過程中，模具既有傳遞位移或合力作用，同時(shí)又有內(nèi)部熱量的傳導(dǎo)和與外界的換熱。實(shí)際鍛造過程中，模具或多或少都存在變形，當(dāng)要分析模具的溫度和變形時(shí)，可將模具離散成為具有溫度和位移自由度的有限單元，定義成為可變形的接觸體，這會(huì)使計(jì)算的規(guī)模增加，但是分析結(jié)果更加合乎實(shí)際情況。還有一類剛性接觸體為對(duì)稱面，定義在工件上具有對(duì)稱邊界條件位置處，起施加對(duì)稱邊界條件的約束作用。定義的對(duì)稱剛性平面可以滿足法向的零位移約束和法向零熱流約條件。
（6）網(wǎng)格自動(dòng)重新劃分
模擬分析過程中，單元附著在材料上，材料在流動(dòng)過程中極易使相應(yīng)的單元形狀產(chǎn)生過度變形導(dǎo)致畸形。單元畸變后可能會(huì)中斷計(jì)算過程（一般較好的網(wǎng)格形狀多為銳角三角形，當(dāng)網(wǎng)格變形為鈍角三角形時(shí)，準(zhǔn)確性就會(huì)大打折扣，變形更大時(shí)，圖形就會(huì)破裂，網(wǎng)格就會(huì)重新劃分）。因此，保證仿真過程中材料經(jīng)過較大流動(dòng)后分析仍然可以繼續(xù)，獲得的結(jié)果仍然具有足夠的精度是非常重要的。DEFORM在網(wǎng)格畸變達(dá)到一定程度后會(huì)自動(dòng)重新劃分畸變的網(wǎng)格，生成新的高質(zhì)量網(wǎng)格。對(duì)3D分析，按增量加載頻率或兩組網(wǎng)格重劃其間累積的最大應(yīng)變?cè)隽縼硪龑?dǎo)程序自動(dòng)的網(wǎng)格重劃。
（7）增加約束
DEFORM可以在節(jié)點(diǎn)上增加各個(gè)自由度的約束。
（8）后處理
DEFORM后處理菜單為用戶提供了直觀方便的評(píng)價(jià)成形過程，成形產(chǎn)品質(zhì)量，以及應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、速度、位移、破壞系數(shù)等。工具損傷的必須信息以及圖片，文本和表格形式提取和保存所需結(jié)果的各種工具。DEFORM支持在加工過程中以等值線，分布云圖，數(shù)值符號(hào)，色標(biāo)，等值面和切平面矢量等方式顯示各種場變量分布。也可按路徑顯示或歷程顯示分析結(jié)果。顯示結(jié)果能夠借助于色調(diào)，光照和渲染產(chǎn)生出具有逼真效果的圖形。也可利用分析結(jié)果制作動(dòng)畫和電影。用戶利用這些提取各種體成形分析結(jié)果工具，足以獲得設(shè)計(jì)產(chǎn)品加工工藝所關(guān)注的全部信息。這對(duì)設(shè)計(jì)人員充分了解設(shè)計(jì)工藝及其實(shí)施的可行性是大有裨益的。一旦模具設(shè)計(jì)和初始坯料形狀尺寸不合理，從分析結(jié)果中可顯示出材料流動(dòng)受阻后可能出現(xiàn)的開裂或是重疊，從歷程顯示可以提取模具成形力隨行程的變化曲線，是一個(gè)從設(shè)備加工能力，設(shè)備消耗角度來設(shè)計(jì)加工工藝的必須指標(biāo)。在后處理界面中顯示工件流動(dòng)過程中應(yīng)力，應(yīng)變，應(yīng)變率和溫度的分布變化，幫助工藝設(shè)計(jì)師評(píng)定工件的加工質(zhì)量。其中的局部加工硬化，應(yīng)力集中，高應(yīng)力梯度，工件模具的接觸壓力等結(jié)果，可以評(píng)定成形產(chǎn)品的質(zhì)量好壞的控制因素。
參考資料 >
學(xué)術(shù)交流:《DEFORM Multiple Operation在C919鈦合金滑軌鍛件鍛造工藝開發(fā)中的應(yīng)用》 學(xué)術(shù)講座舉行.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院.2024-03-21
Applications.deform.2024-03-21