【摘要】：為了縮短設(shè)計(jì)周期、降低產(chǎn)品成本、提高粉末冶金制品的質(zhì)量,將數(shù)值仿真技術(shù)引入工藝設(shè)計(jì)并對(duì)粉末成形過(guò)程中的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)分析是必然趨勢(shì)。粉末壓制成形數(shù)值模擬需要準(zhǔn)確的本構(gòu)模型。目前,基于廣義塑性力學(xué)建立的本構(gòu)模型在粉末成形數(shù)值模擬方面具有更好的準(zhǔn)確性,但由于模型復(fù)雜且參數(shù)較多,一般需要通過(guò)各種壓坯強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、模壓實(shí)驗(yàn)以及三軸實(shí)驗(yàn)來(lái)確定本構(gòu)中的各個(gè)參數(shù)。本文提出一種廣義塑性力學(xué)模型參數(shù)的反演優(yōu)化方法,實(shí)現(xiàn)本構(gòu)模型參數(shù)的快速獲取。為提高建模效率,基于Python語(yǔ)言的ABAQUS二次開(kāi)發(fā),將模型參數(shù)化。論文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.建立了適用于本文所用金屬材料成形的密度相關(guān)的廣義塑性力學(xué)屈服模型,即修正的Drucker-Prager Cap屈服模型。以ASC100.29金屬粉末為實(shí)驗(yàn)材料,通過(guò)模壓實(shí)驗(yàn)、巴西圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)和單軸壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)材料參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,并對(duì)巴西圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)和單軸壓縮實(shí)驗(yàn)得到的曲線進(jìn)行分析。2.基于ABAQUS-MATLAB聯(lián)合仿真平臺(tái),利用復(fù)合形優(yōu)化算法,以數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)壓制力數(shù)據(jù)的差異性形成目標(biāo)函數(shù),對(duì)其進(jìn)行最小化,獲取本構(gòu)模型參數(shù)。以ASC100.29金屬粉末為例,對(duì)材料參數(shù)進(jìn)行反演優(yōu)化,結(jié)果表明優(yōu)化出的材料參數(shù)與實(shí)驗(yàn)得到的參數(shù)基本吻合,優(yōu)化得到的成形壓制力與實(shí)驗(yàn)曲線基本一致,驗(yàn)證了優(yōu)化方法的準(zhǔn)確性。對(duì)Ag57.6-Cu22.4-Sn10-In10混合金屬粉末的材料參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,通過(guò)粉末成形壓制力和相對(duì)密度模擬結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證了聯(lián)合反演優(yōu)化方法的可行性。3.基于Python語(yǔ)言的ABAQUS二次開(kāi)發(fā),將模型參數(shù)化,通過(guò)改變關(guān)鍵參數(shù)即可改變研究變量,避免大量重復(fù)性的建模工作,實(shí)現(xiàn)不同尺寸的模型的快速建立。
【圖文】：

得到一個(gè)在ｒ平面上內(nèi)切Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ準(zhǔn)則六邊形的米塞斯圓。提出的新的屈服逡逑準(zhǔn)則為最早的Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服準(zhǔn)則，其屈服面與Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服面間的關(guān)系逡逑如圖１－１所示，屈服準(zhǔn)則公式為：逡逑Ｆ邋＝邋ａＪ｝＋（ｊ２ｆ２－Ｋ邋＝邋０邐式（１－５）逡逑其中：逡逑ａ＝邋ｒ邋ｆｍ＜Ｐ．邐式（１－６）逡逑Ｖ２ｙ３＋ｓｉｎ逡逑Ｋ＝ｆｃ邋ｃｏｓｉｐ邐式（１７）逡逑－＞／３Ｈ－ｓｉｎ２邋ｑ＞逡逑在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服準(zhǔn)則中，確定系數(shù)ａ、ＡＴ的方法有很多種。根據(jù)Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ逡逑屈服準(zhǔn)則和Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服準(zhǔn)則在偏平面的相對(duì)位置關(guān)系可以得到系數(shù)ａ、夂的逡逑不同表達(dá)方式。這些不同的表達(dá)方式產(chǎn)生新的屈服準(zhǔn)則，這類(lèi)屈服準(zhǔn)則一般被稱(chēng)為廣逡逑義的米塞斯屈服準(zhǔn)則。逡逑在金屬粉末壓制成形過(guò)程中的壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖土力學(xué)中的壓力，如果仍采用上逡逑述屈服準(zhǔn)則會(huì)使體積增加，與實(shí)際情況產(chǎn)生一定差異。針對(duì)這一問(wèn)題，Ｄｍｃｋｅｒ＾ｌ等逡逑人在１９５７年又提出了彈塑性材料硬化模型。此模型的原理是在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ模型面逡逑上加一個(gè)帽子面。逡逑１９６８年，Ｒｏｓｃｏｅ和Ｂｕｒｌａｎｄ［２１］將土體假設(shè)為加工硬化材料，并根據(jù)能量方程建立逡逑了劍橋（Ｃａｍ－Ｃｌａｙ）模型，之后又對(duì)劍橋模型進(jìn)行了修正。該模型的屈服表面形狀為逡逑橢球形

表示三軸拉伸強(qiáng)度和三軸壓縮強(qiáng)度之間的比值，該比值反映了中間主應(yīng)力對(duì)屈逡逑服的影響。研宄過(guò)程中，為了保證屈服面是凸面，尺的需要在０．７７８？１．０之間。尺的逡逑取值不同，其屈服面在；ｒ平面上的形狀也會(huì)不同，如圖２－２所示。當(dāng)尺邋＝１時(shí)，那么有逡逑／邋＝心此情況下，，屈服面在ｔｔ平面上的形狀稱(chēng)為米塞斯圓。逡逑個(gè)＆逡逑Ｃｕｒｖｅ邋Ｋ逡逑圖２－２偏應(yīng)力平面內(nèi)的屈服面逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｙｉｅｌｄ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｐｌａｎｅ邋ｏｆ邋ｄｅｖｉａｔｏｒｉｃ邋ｓｔｒｅｓｓ逡逑帽子屈服面主要有兩個(gè)用途：它限制了屈服面的靜水應(yīng)力，從而提供了一種表示逡逑塑性壓縮的非彈性硬化機(jī)制。它有助于控制體積膨脹，在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ剪切破壞面逡逑和過(guò)渡曲面中，當(dāng)材料在剪切中屈服時(shí)，由于材料的屈服而產(chǎn)生的非彈性體積增大，逡逑使其軟化。帽子屈服面的硬化或軟化作為體積塑性應(yīng)變的函數(shù)：體積塑性壓縮（在帽逡逑上面屈服時(shí)）會(huì)導(dǎo)致硬化，而體積塑性膨脹（在剪切破壞表面屈服時(shí)）會(huì)導(dǎo)致軟化。逡逑帽子屈服面寫(xiě)為：逡逑￣Ｒ（ｄ＋Ｐ＾）＝Ｇ邐式（２－７）逡逑式中ｉ？（取值范圍０．０００１－１０００）是控制帽子形狀的材料參數(shù)；Ｃ（是一個(gè)很小的數(shù)，逡逑用來(lái)定義剪切破壞面和帽子面之間的平滑過(guò)渡面。＆是一個(gè)演化參數(shù)，Ｍ稱(chēng)為壓縮屈逡逑服平均應(yīng)力。硬化／軟化定律是一個(gè)關(guān)于壓縮屈服平均應(yīng)力和相應(yīng)體積非彈性應(yīng)變的用逡逑戶(hù)定義的分段性函數(shù)。這里只考慮塑性體積應(yīng)變：逡逑ｐｂ＝ｆ｛＜）邐式（２－８）逡逑體積塑性應(yīng)變可以表示為：逡逑（邋＼逡逑ｓｆ邋＝邋］ｎ邐式（２－９）逡逑Ｖ＾0邋／逡逑其中ｐ是當(dāng)前相對(duì)密度
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TF124.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2618166