DEFORM圆柱体坯料压缩变形过程应变场分布的研究(7)
综上所述，为了能更快更好的进行准确的细致分析研究，有限元数值模拟的技术则将当仁不让作为首选项。因此，本课题就是要采用数值模拟的方法分析圆柱体坯料压缩变形过程应变场的分布规律，实现工艺优化。
3.2 建立有限元模型
首先，建立实体模型：由于软件的限制，DEFORM没有自带的建模功能，因此需通过外部建模软件，如CAD、UG、Pro-E等进行建模然后再将其导入至DEFORM中。本次模拟实验中都是利用CAD软件建立三文实体模型再以STL格式导入至DEFORM中来实现的。
将待测试样切割成 Φ30*50mm的圆柱体试样，进行压下率为50%的压缩变形试验。建模采用自顶向下的方法，直接建立三文模型。建立的实体模型如图3.1所示。
图3.1 圆柱体坯料压缩变形工艺的实体模型
完成实体模型建立后，采用四面体单元格对其进行网格划分，由于上压板为刚体，故不进行网格划分。增加网格的密度可以提高解的精度，但是会使求解速度大大减慢，考虑到本课题模型的实际情况，共生成15000个单元。然后输入材料的弹性模量、泊松比、应力应变曲线、摩擦系数。划分完网格后的有限元模型见图3.2。
图3.2圆柱体坯料压缩变形工艺的有限元模型
求解过程中，在上、下模与试样之间分别建立一个接触对，用来模拟刚体-柔性体的面面接触问题。其中，上、下模不发生塑性变形，视为刚体，其与试样的接触面为“目标面”。DEFORM软件中支持的接触方式有三种：点—点接触、点—面接触和面—面接触。每种接触方式使用的接触单元适用于不同类型的问题。为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，然后再确立接触对的类型。本文中所有的接触对的类型都为面—面接触。建立好的接触对如图3.3所示。
图3.3圆柱体坯料压缩变形工艺中的接触对示意图
此时，设定求解的类型为“大位移变形”，结果文件中记录所有的结果项。载荷步的数量在保证求解速度的前提下，尽可能少，提高解的精度。
加载完成后求解，求解的速度取决于问题的复杂程度、网格密度和载荷步数等。真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成。DEFORM运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过DEFORM模拟处理器求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果。
3.3 数值模拟结果及分析
在后处理中，分别获不同压下率时圆柱体内部的压应变云图与等值线图，如图3,4。所示。
a)变形程度ε=20%
b)变形程度ε=33.8%
c)变形程度ε=38.3%
图3.4圆柱体压缩后的应变分布云图及等值线图
由图可见：圆柱体压缩变形过程中，其内部存在不均匀变形。心部变形大，与模具相接触部分变形小，而且该不均匀变形的分布情况随压下率增大而增大。
为了定量表示结果，沿高度方向在圆柱体试样上取点，得到数据，分别画出x,z方向的两条对称中线的应变分布曲线，如图3.5和图3.6所示。
图3.5不同压下率下r=0处的应变分布曲线
（a）压下率ε=20%；（b）压下率ε=33.8%；（c）压下率ε=38.3%
图3.6不同压下率下z=0处的压应变分布曲线
（a）压下率ε=20%；（b）压下率ε=33.8%；（c）压下率ε=38.3%
上述结果表明：压缩变形过程中，圆柱体内部的应变无论是r=0处还是z=0处，都具有相同的分布规律，即与模具接触处变形较小，心部变形大。随着变形程度的增大，应变值同时增大，且越靠近中间，应变值增大速度越快。