離散單元法在金屬粉末高速壓制成形過程中的應(yīng)用研究.pdf

1、離散單元法是研究非連續(xù)體力學(xué)行為的有效數(shù)值方法，特別適合求解大變形和不連續(xù)結(jié)構(gòu)問題，已廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。粉末高速壓制成形技術(shù)具有壓制時(shí)間短、壓坯密度高、壓坯密度分布均勻等特點(diǎn)，由于加工過程中粉末的致密化機(jī)理尚不明確，制約了該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展和推廣。本論文首次將離散單元法應(yīng)用于粉末高速壓制成形過程和粉末傳熱過程的研究，根據(jù)金屬粉末原料及高速壓制工藝的特點(diǎn)，基于彈塑性力學(xué)和散度空間理論，建立了描述粉末高速壓制過程的數(shù)學(xué)模型，并分析了粉體的變形行

2、為、粉體中應(yīng)力波傳播和熱傳導(dǎo)規(guī)律。
　　首先，介紹了離散單元法韻發(fā)展現(xiàn)狀及高速壓制技術(shù)的工藝特點(diǎn)。根據(jù)粉末壓制中的顆粒粒度分布服從高斯正態(tài)分布的特點(diǎn)，應(yīng)用Box Muller變換得到了滿足粉末試樣粒徑分布條件的顆粒生成方法。對(duì)粉末離散單元法的單元搜索方法、計(jì)算方法、邊界條件進(jìn)行了分析?？紤]到粉末在成形過程中會(huì)先后發(fā)生加工硬化、加工軟化及塑性變形，建立了描述顆粒高應(yīng)變率、塑性變形的離散元接觸模型。
　　然后，模擬了滿足實(shí)驗(yàn)條件

3、的松裝系統(tǒng)在高速加載條件下的三維成形過程，結(jié)果表明壓制初期粉末重排及孔隙填充是使壓坯密度急劇增加的主要因素，后期粉末變形會(huì)使壓坯密度進(jìn)一步提高。所得成型坯密度分布與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，驗(yàn)證了所建立模型的有效性。本文對(duì)高速壓制粉體內(nèi)外摩擦系數(shù)、壓坯高徑比、單雙向壓制條件進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)顆粒間摩擦系數(shù)對(duì)壓坯最終密度有主要影響，顆粒與模腔間摩擦系數(shù)及高徑比主要影響壓坯密度的分布。
　　其次，利用散度定理對(duì)粉末系統(tǒng)的應(yīng)力公式進(jìn)行了離散化處理

4、，建立了壓制過程中的應(yīng)力統(tǒng)計(jì)公式，得到了實(shí)際實(shí)驗(yàn)中難以測(cè)得的粉體內(nèi)部不同高度層的應(yīng)力波波形，及粉末高速壓制過程中應(yīng)力波的傳播過程。分析了鐵基及銅基粉末在不同摩擦系數(shù)下的應(yīng)力波傳播情況，得出粉末高速壓制成形坯的高致密化是應(yīng)力波反復(fù)作用的結(jié)果，粉體內(nèi)部存在明顯的應(yīng)力遲豫現(xiàn)象，加卸載波形呈鋸齒狀的彈性波形，隨著粉體被壓實(shí)應(yīng)力傳播速度加快。
　　最后，分析了粉末壓坯內(nèi)部的高溫蔓延及溫度分布規(guī)律。根據(jù)溫度場(chǎng)與接觸力作用場(chǎng)的相似性，將顆?？醋?/p>