【摘要】：在粉末壓制過程中,有限元數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成為研究粉末壓制行為的常用手段,而進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí),根據(jù)實(shí)際工況引入相應(yīng)的壓制條件對(duì)于獲得正確的模擬結(jié)果至關(guān)重要。目前構(gòu)建的粉末高能率壓制有限元顆粒模型,壓制條件主要是恒定的沖模速度,并忽略沖模質(zhì)量等壓制參數(shù),但在進(jìn)行粉末高能率實(shí)際壓制時(shí),沖模是以一定的初始速度壓制粉末,壓實(shí)過程中速度會(huì)不斷變化,因而模型中沖模速度及質(zhì)量的設(shè)置問題亟待解決;并且實(shí)驗(yàn)加載力的不同會(huì)導(dǎo)致初始速度本身的變化,模型顆粒數(shù)也會(huì)影響壓制參數(shù)的設(shè)置,因此需要通過實(shí)驗(yàn)對(duì)相關(guān)壓制參數(shù)進(jìn)行修正;同時(shí)合理的材料本構(gòu)方程對(duì)分析粉末壓制數(shù)值模擬結(jié)果十分關(guān)鍵。為此,研究根據(jù)實(shí)驗(yàn),以一定初始速度作為壓制條件進(jìn)行有限元仿真,對(duì)不同顆粒數(shù)模型中沖模質(zhì)量等壓制參數(shù)進(jìn)行修正,并初步探討粉末高能率壓制本構(gòu)方程,為構(gòu)建有限元模型提供指導(dǎo)。首先,通過ABAQUS分別建立橫向組與縱向組顆粒堆積簡(jiǎn)化模型,根據(jù)粉末SHPB實(shí)驗(yàn)確定簡(jiǎn)化模型中初始速度等相關(guān)壓制條件并進(jìn)行仿真試驗(yàn),得到一定相對(duì)密度下顆粒模型中沖模質(zhì)量,并將模型中沖模質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)中沖模質(zhì)量比值作為當(dāng)量質(zhì)量,分別構(gòu)建橫向顆粒排數(shù),縱向顆粒排數(shù)與沖模當(dāng)量質(zhì)量的初步關(guān)系;運(yùn)用所得公式確定九顆粒模型的沖模當(dāng)量質(zhì)量:0.224;同時(shí)構(gòu)建銅粉的九顆粒模型進(jìn)行仿真,對(duì)比其SHPB實(shí)驗(yàn)結(jié)果,表明所建立的關(guān)系式具有一定可靠性。其次,改變初始速度,對(duì)所構(gòu)建的橫向與縱向兩組模型進(jìn)行仿真試驗(yàn),取得沖模當(dāng)量質(zhì)量與相對(duì)密度之間的關(guān)系,由此分別擬合得到兩組模型初始速度、顆粒排數(shù)與沖模當(dāng)量質(zhì)量公式模型,進(jìn)而根據(jù)這兩組關(guān)系式假設(shè)沖模當(dāng)量質(zhì)量同時(shí)與沖模初始速度、橫向顆粒行數(shù)及縱向顆粒列數(shù)三因素的預(yù)估模型,從而構(gòu)建新的顆粒模型仿真,并擬合得到預(yù)估模型具體形式,通過對(duì)比驗(yàn)證該預(yù)估模型具有一定的準(zhǔn)確性。最后,將粉末體視為多孔固體,采用Bernstein多項(xiàng)式作為形狀函數(shù)描述金屬粉末高能率壓制過程中應(yīng)變效應(yīng),進(jìn)而結(jié)合Johnson-Cook模型得出粉末高能率壓制經(jīng)驗(yàn)型本構(gòu)方程。利用銅粉SHPB實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到形狀函數(shù)具體形式以及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下的應(yīng)變率敏感系數(shù)為0.285;對(duì)比采用本構(gòu)方程得到應(yīng)力應(yīng)變曲線與SHPB實(shí)驗(yàn)曲線,兩者具有很好地一致性。總而言之,本文基于實(shí)驗(yàn)對(duì)有限元簡(jiǎn)化模型中壓制參數(shù)進(jìn)行修正,解決了沖模速度與質(zhì)量的設(shè)置問題;同時(shí)初步得到經(jīng)驗(yàn)型本構(gòu)方程,為仿真模型的構(gòu)建提供一定指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TF124.3
【圖文】：

1.2.1 高速壓制技術(shù)1-沖模；2-上模；3-粉末；4-底座；5-陰模圖1.3 高速壓制原理圖1-Hammer；2-Piston；3-Powder；4-Based；5-Former blockFig.1.3 Schematic diagram for HVC高速壓制(High Velocity Compaction)技術(shù)是由瑞典冶金粉末制造商 H gan s AB和裝備制造商 Hydropulsor AB 共同研究開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)[11~13]，不僅能降低粉末冶金成本，而且可以提高制品的性能，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)由中小型設(shè)備來生產(chǎn)大零件，逐漸成為粉末冶金技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域�；驹韀14]如圖 1.3 所示，主要是通過加載裝置驅(qū)動(dòng)重錘在 0 .02s內(nèi)將壓制能量從壓機(jī)傳遞到粉末壓坯中，從而實(shí)現(xiàn)粉末致密化。與傳統(tǒng)壓制相比，該技術(shù)的特點(diǎn)主要有：首先，加載速度高，壓制階段的重錘的速度可達(dá) 2 ~30m/s

有效控制能量的利用；其次，該技術(shù)變形速率很高，能極大提高壓坯的成形性能，而且對(duì)環(huán)境無污染，因而應(yīng)用范圍很廣。圖1.4 電磁脈沖壓制技術(shù)原理圖Fig.1.4 The equivalent circuit of the electro-magnetic loading system很多學(xué)者在對(duì)粉末進(jìn)行電磁壓制后發(fā)現(xiàn)，壓坯的致密度較高，尺寸精度也較好，因而受到研究人員的廣泛關(guān)注[22]。根據(jù)電磁加載力方向的不同，可將粉

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本文編號(hào)：2720521