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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:力链作为粉末颗粒体系中细观力学尺度结构,起到微观粉末运动与宏观力学性质变化联系纽带作用.采用离散元方法对金属粉末高速压制过程进行模拟,通过数目、长度、强度、准直系数这四种评估标准对力链特性进行量化研究,对比高速压制与一般压制状态下力链特性的差异,分析不同因素对高速压制中力链特性的影响.研究结果表明:高速压制过程与普通压制过程的力链初始状态具有差异,且高速压制过程中力链数目、长度、强度、准直系数均经历更为快速的变化过程.针对高速压制过程,颗粒间摩擦因数μ为0与非0条件下力链特性差异较大;不同初始密集程度下力链特性变化过程不同,但最后均较为接近;随着冲击速度的增加,力链特性变化幅度也逐渐增大.研究工作拓展了基于力链层面分析粉末高速压制过程中密度均匀化及致密化过程的理论基础.
摘要:为探究双轴压缩过程中颗粒物质接触力与力链特性,采用离散元法研究双轴压缩过程,得到双轴压缩过程中颗粒体系宏观力学特性,即偏应力、体积应变变化规律,并通过对接触力大小分布规律、接触力角度分布规律等细观层次分析,完成接触力大小、力链方向性量化描述,同时探究围压对颗粒物质力学特性的影响.研究表明,双轴压缩过程经历应力强化、应力软化、应力波动三个阶段.在各阶段,强接触与总体接触的各类型接触力大小分布规律可采用高斯函数或指数函数拟合,弱接触的法向与总接触力分布较为均匀;直径较大颗粒上具有接触力集中现象,集中程度随着围压升高而加强;力链网络形态经历“鱼鳞”状-“柱”状-“拱”状-“龟壳”状演变,由初始时基本各向同性,逐渐向最大主应力y向偏转,表现出强烈各向异性,最后又经历小幅度偏转偏离y向.不同围压下力链分量比变化规律证实了该发现,接触力角度分布规律也从力链承载方向验证了此结论.研究结果将为探究双轴压缩中颗粒物质力学特性提供理论基础.
摘要:成形坯件的密度大小及其均匀性是影响粉末高速压制成品力学性能的重要参数.利用Drucker-Prager Cap模型和瞬态显式动力学有限元方法,得到了压制过程中粉末的密度变化和分布规律;量化分析了边壁摩擦因数、高径比、单位质量能量、初始松装密度对密度大小和均匀性的影响,采用正交试验方法研究了这些因素的敏感性.得到的主要结论包括:密度分布不均主要集中于压坯上下端面边缘处,且其密度差随着压制过程的进行不断增大,压坯越靠近边壁的部分,其密度不均匀性越明显;单位质量能量是影响密度的主要因素,改善边壁润滑条件、高径比和初始松装密度并不能有效提高压坯密度;边壁摩擦因数和单位质量能量对密度均匀性影响最大;密度随着单位质量能量的增大而不断提高,当单位质量能量达到临界值后平均密度不再上升,但是密度均匀性不断改善.
摘要:为探究粉末高速压制过程中应力变化规律,结合颗粒物质力学理论与粉末高速压制高速加载特点,采用离散元法研究粉末高速压制过程,获取了应力整体传递变化规律,应力大小和方向性变化规律及应力传递与力链间关系.研究结果表明:在粉末高速压制中应力逐层传递并在边界反射,其沿高度方向在不同时刻展现出峰值流动特性,随压制进行峰值分别处在0.014m、0.0075m、0.0025m、0.011m、0.014m高度位置,并随压制进行沿宽度方向在模壁处出现逐渐降低现象;应力大小分布概率密度基本呈现单峰特性,在0.5ms、0.8ms时刻峰值分别出现在归一化应力值为3和1.5附近,在1.3ms、1.7ms、4ms时刻峰值出现在归一化应力值为1附近;主应力方向经历无规律分布逐渐向各向异性即90°方向转变,最上层粉末主方向角变化最为剧烈,变化率峰值达到61.5?10(o)/s与6-2.5?10(o)/s,最下层粉末主方向角变化最为舒缓,变化率峰值仅为60.3?10(o)/s;同时,归一化力链强度值与应力值绝对差值保持在0.1下,1.3ms~3.3ms阶段平均增长斜率分别为0.31与0.32,应力传递与力链延展保持较为一致趋势.本研究有助于更深入地了解粉末颗粒物质在高速压制过程中受力变化规律,为进一步提高粉末压制件致密化程度与密度均匀性提供指导.
[硕士论文] 于世伟
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:与传统粉末压制方式相比,粉末高速压制技术有利于显著提高成型压坯的密度大小及其均匀性,因而得到了学术界和工业界的广泛关注。区别于传统准静态加载方式,高速压制属于瞬时冲击过程,粉末状态在极短时间内急剧变化,因而亟待对其致密化过程和影响因素进行深入分析。
  本文首先利用重锤式高速压机,展开了不同装粉量和冲击高度下的压制实验,发现成型坯件的平均密度随单位质量能量的提高而不断增加,最后趋于稳定。同时压制密度大小随冲击峰值压力的变化关系,仍然较好地符合经典川北公夫和黄培云压制方程。在分析粉末受力特征时发现,侧压系数和传力比在冲击过程中均表现为首先降低、中间平稳、最后上升的变化规律;而粉末与模具内壁的摩擦系数则表现为首先上升、中间平稳、最后下降的变化规律。并且,冲击速度对传力比和摩擦系数具有较大影响。
  另一方面,利用Drucker-Prager Cap粉末模型及显式动力学有限元方法,实现了对粉末高速压制过程的模拟,得到了密度随时间和空间的变化分布规律。并结合正交试验和方差分析,首先研究了粉末成型密度随工艺参数的变化规律,发现平均密度大小随单位质量能量的变化趋势与实验规律十分吻合,但并不随边壁润滑条件、高径比和初始松装密度显著变化。进一步研究密度均匀性变化规律时,却发现边壁摩擦系数、高径比和单位质量能量对密度均匀性均有较大影响。
  综上,本文对粉末高速压制过程中的受力特征、压坯密度大小及其均匀性的变化规律进行了深入研究,有利于解释粉末高速压制致密化机理,并为提高成型产品的质量提供指导依据。
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