DEFORM-3D基本操作入門
前言

有限元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問題的一種數(shù)值計算方法。由于采用類型廣泛的邊界條件，對工件的幾何形狀幾乎沒有什么限制和求解精度高而得到廣泛的應(yīng)用。有限元法在40年代提出，通過不斷完善，從起源于結(jié)構(gòu)理論、發(fā)展到連續(xù)體力學(xué)場問題，從靜力分析到動力問題、穩(wěn)定問題和波動問題。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為解決工程技術(shù)問題，提供了極大的方便。

現(xiàn)有的計算方法（解析法、滑移線法、上限法、變形功法等）由于材料的本構(gòu)關(guān)系，工具及工件的形狀和摩擦條件等復(fù)雜性，難以獲得精確的解析解。所以一般采用假設(shè)、簡化、近似、平面化等處理，結(jié)果與實際情況差距較大，因此應(yīng)用不普及。

有限元數(shù)值模擬的目的與意義是為計算變形力、驗算工模具強(qiáng)度和制訂合理的工藝方案提供依據(jù)。 通過數(shù)值模擬可以獲得金屬變形的規(guī)律，速度場、應(yīng)力和應(yīng)變場的分布規(guī)律，以及載荷-行程曲線。通過對模擬結(jié)果的可視化分析，可以在現(xiàn)有的模具設(shè)計上預(yù)測金屬的流動規(guī)律，包括缺陷的產(chǎn)生（如角部充不滿、折疊、回流和斷裂等）。利用得到的力邊界條件對模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，從而改進(jìn)模具設(shè)計，提高模具設(shè)計的合理性和模具的使用壽命，減少模具重新試制的次數(shù)。通過模具虛擬設(shè)計，充分檢驗?zāi)＞咴O(shè)計的合理性，減少新產(chǎn)品模具的開發(fā)研制時間，對用戶需求做出快速響應(yīng)，提高市場競爭能力。

一、剛（粘）塑性有限元法基本原理

剛（粘）塑性有限元法忽略了金屬變形中的彈性效應(yīng)，依據(jù)材料發(fā)生塑性變形時應(yīng)滿足的塑性力學(xué)基本方程，以速度場為基本量，形成有限元列式。這種方法雖然無法考慮彈性變形問題和殘余應(yīng)力問題，但可使計算程序大大簡化。在彈性變形較小甚至可以忽略時，采用這種方法可達(dá)到較高的計算效率。

剛塑性有限元法的理論基礎(chǔ)是Markov變分原理。根據(jù)對體積不變條件處理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罰函數(shù)法和體積可壓縮法），又可得出不同的有限元列式其中罰函數(shù)法應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)Markov變分原理，采用罰函數(shù)法處理，并用八節(jié)點(diǎn)六面體單元離散化，則在滿足邊界條件、協(xié)調(diào)方程和體積不變條件的許可速度場中對應(yīng)于真實速度場的總泛函為：

∏≈∑π（ｍ）＝∏（１，２，…，ｍ）（１）
對上式中的泛函求變分，得：
∑＝０（２）
采用攝動法將式（２）進(jìn)行線性化：
＝＋Δｕｎ（３）  
將式（３）代入式（２），并考慮外力、摩擦力在局部坐標(biāo)系中對總體剛度矩陣和載荷列陣，通過迭代的方法，可以求解變形材料的速度場。
二、Deform-3d基本模擬功能
切削machining（cutting）
成形forming
模具應(yīng)力分析die stress analysis
滾軋shap and ring rolling
熱處理heat treatment
三、Deform-3d 基本結(jié)構(gòu)與方法
包括前處理程序（Pre-processor）、模擬程序（simulator）和后處理程序（Post Processor）。首先要在ＣＡＤ軟件（如Pro/E、UG等）中進(jìn)行實體造型，建立模具和坯料的實體信息并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式（STL）；然后在軟件中設(shè)定變形過程的相應(yīng)環(huán)境信息，進(jìn)行網(wǎng)格剖分；再在應(yīng)用軟件上進(jìn)行數(shù)值模擬計算；最后在后處理單元中將計算結(jié)果按需要進(jìn)行輸出。
事實上，由于設(shè)置了冷成形、工件材料、模具等信息后，環(huán)境條件幾乎全是默認(rèn)的。因此只要熟悉了操作步驟，嚴(yán)格按要求操作可以順利完成預(yù)設(shè)置工作（pre-processor）；設(shè)置完成后，通過數(shù)據(jù)檢查（check data） 、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫（generate data），將數(shù)據(jù)保存，然后關(guān)閉操作；開啟模擬開關(guān)（switch simulation）、運(yùn)行模擬程序（run  simulation），進(jìn)入模擬界面，模擬程序開始自動解算，在模擬解算過程中，可以打開模擬圖表（simulation  graphics）監(jiān)視模擬解算進(jìn)程，并進(jìn)行圖解分析，對變形過程、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度等進(jìn)行監(jiān)視。
應(yīng)用后處理器（post processor），分析演示變形過程，也可以打開動畫控制開關(guān)（animation control），隱去工（模）具（single object mode），進(jìn)行動畫演示。并同時可以打開概要（summary）和圖表（graph），對荷栽、應(yīng)力、應(yīng)變、位移和速度等進(jìn)行詳細(xì)分析。
四、軟件安裝
Deform-3d軟件的安裝，只要按提示操作，可以順利完成安裝。安裝完成后，分別打開原始程序文件夾和已經(jīng)安裝好的程序文件夾，在原始文件夾中找到MAGNiTUDE 文件夾并打開，將其中的文件拷貝到已經(jīng)打開的安裝文件夾中，重新啟動計算機(jī)。
五、操作步驟
1、問題設(shè)置（problem setup）
——打開程序，在打開的界面上，點(diǎn)擊“文件file”
——在下拉菜單中，選擇“新問題new problem”
——在問題設(shè)置（Problem Setup）菜單中的問題類型（Problem Type）欄，選擇“成形forming”
——在問題位置（Problem location）中，一般選家庭目錄（Under problem home directory））
——修改問題名稱problem name（可以不改）
——點(diǎn)擊“完成finish”，打開操作界面。操作的第一步，問題設(shè)置即宣告完成。（to be continued） 
2、操作設(shè)置（operation setup）
——選擇“公制SI”
——修改操作名稱operation name（可以不改）
——選擇加工形式Process type（選擇冷成形cold forming）
——選擇形狀復(fù)雜度shape complexity（一般默認(rèn)為適度）
——設(shè)置對象（工件）object (workpiece)
——工件形狀選擇workpiece shape（整體或?qū)ΨQ）
——對象數(shù)量選擇number of objects
——設(shè)置工件對象（溫度、塑性等已經(jīng)默認(rèn)）
——對象模型，選擇“導(dǎo)入或定義初級模型import geometry or define primitive geometry”，也可以點(diǎn)擊“輸入模型import geometry”從其它文件夾中導(dǎo)入對象模型，但模型一般要用Pro/E等三維軟件模型，并要轉(zhuǎn)換為STL格式，才可以導(dǎo)入。這里我們選擇了“導(dǎo)入或定義初級模型”。
——在打開的界面對話框內(nèi)，通過輸入確定工件形狀與尺寸，完成工件模型的導(dǎo)入。
——通過輸入確定工件形狀與尺寸。
——網(wǎng)絡(luò)劃分mesh，輸入單元數(shù)，一般選2000~3000。
——選擇材料material（從材料庫中選擇import material from library） 
——設(shè)置邊界條件boundary condition（一般為默認(rèn)）
——上模設(shè)置top die
方法與工件設(shè)置類似。如：輸入或界定對象模型import object or define primitive geomitry等，不再重復(fù)。
——上模運(yùn)動設(shè)置movement（一般選默認(rèn)）
——速度可以修改，也可以選擇默認(rèn)一般不影響模擬
——下模設(shè)置bottom die，如工件設(shè)置類似。如輸入或界定對象模型import object or define primitive geomitry等，不再重復(fù)。 
——工件與上下模設(shè)置完畢后，需要對對象定位position（選擇自動或手動）
——設(shè)置接觸條件contact（一般為默認(rèn)） 
——設(shè)置上模行程primary die stroke
——停止設(shè)置stopping control（可以不選） 
——模擬設(shè)置simulation control（一般選默認(rèn)）
——創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫database generation（如果前面的操作正常，情形顯示為“輸入正確”），點(diǎn)擊“檢查數(shù)據(jù)check data”和“創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫generate database”并關(guān)閉操作close opr，完成操作設(shè)置。
3、模擬解算（simulation）
——打開模擬開關(guān)switch to simulation
——運(yùn)行模擬程序run simulation
——啟動模擬（點(diǎn)擊“OK”程序開始自動模擬解算）
——打開模擬圖表simulation graphics（模擬監(jiān)視）
——選擇右邊的工具欄，進(jìn)行模擬監(jiān)視，從上至下分別是，無圖形分析none——應(yīng)變分析strain——應(yīng)變率分析strain rate——應(yīng)力分析stress——速度分析velocity——流量分析displacement——溫度分析temperature——破壞分析damege
——在右上工具欄選擇去除工具，便于觀察。
——在右下工具攔選擇光滑smooth，增加視覺效果。
——也可以通過右上工具攔選擇網(wǎng)格效果。
——分析應(yīng)力分布等。
在模擬解算過程中會碰到由于網(wǎng)格劃分的不合理而中斷模擬的情況,可以通過模擬界面下方的工具攔,選擇需要的欄目,一般默認(rèn)為信息Message欄,也可以點(diǎn)擊message顯示信息。
4、后處理操作（post processor）
——打開后處理界面deform-3d post 
——在問題對話框中選擇需要分析處理的項目，
——打開數(shù)據(jù)庫（顯示對象模型）
——點(diǎn)擊單個對象模式single object mode，消除工具模型，以便觀測。
——點(diǎn)擊播放按鈕觀測變形過程，或點(diǎn)擊動畫控制animation control，可以進(jìn)行連續(xù)反復(fù)播放。
——點(diǎn)擊概要summary或圖表工具graph，打開對話框和圖表，進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度、荷栽等分析。
——點(diǎn)擊概要工具，打開對話框。
——選擇步數(shù)和相應(yīng)項目，點(diǎn)擊小圖表，顯示圖表。
——打開圖表工具，點(diǎn)擊應(yīng)用Apply顯示圖表。
——可以選擇不同顏色的圖表背景。
——顯示模型變形色譜，觀測起來更直觀。
結(jié)束語：隨著數(shù)值模擬在塑性成形方面的應(yīng)用越來越深入，模擬工作逐步從模擬簡單零件轉(zhuǎn)向模擬復(fù)雜零件，從模擬單工步成形轉(zhuǎn)向模擬多工步成形，從單純的金屬流動模擬轉(zhuǎn)向溫度場等多方面的復(fù)合模擬。通過模擬所解決的問題不再單純停留在學(xué)術(shù)上，而更多的與實際相結(jié)合，應(yīng)用于生產(chǎn)之中。數(shù)值模擬在冷擠壓成形中的應(yīng)用將會有以下趨勢：①模擬復(fù)雜形狀冷擠壓件的成形過程；②模擬多工位冷鍛成形過程；③模擬冷擠壓成形過程中工件受力的同時考慮溫度因素的影響，通過熱力耦合得到更精確的結(jié)果；④研究工作將加深與實際生產(chǎn)的結(jié)合，更多解決生產(chǎn)實際問題。