离散单元法及其在粉末高速压制成形模拟中的应用

论文摘要

高速压制成形技术是一种用低成本生产高密度高性能产品的粉末冶金新技术。本文在综述了粉末高速压制成形和离散单元法的基本原理和研究现状的基础上,利用二维刚性离散单元法对高速压制中粉末颗粒的流动情况进行了数值模拟。本文首先介绍了高速压制的技术原理和离散单元法块体模型的基本理论,并对块体模型进行改进,假设粉末颗粒的形状是由不同数目和大小的三角形组成的任意多边形,给出任意多边形模型的生成方程,然后根据颗粒间的不同接触情况推导出法向和切向接触力的计算公式。其次根据力—位移定律,在二维情况下针对球形颗粒推导了颗粒间的接触力ΔF_n,ΔF_s的计算公式;结合高速压制的工艺原理基于动量和动能守恒定律,假设动量和动能在高速压制成形过程中均匀变化,给出了粉体在压制过程中所受外力的计算方法,为后面的数值模拟打下基础。最后,采用二维刚性圆盘模型,假设粉末颗粒在压制过程中颗粒本身形状不变而通过相互叠加来表示变形,运用离散单元法的计算软件PFC对高速压制过程进行了模拟。分析了压制过程的不同阶段不同位置的颗粒的流动情况,并就阻尼系数的大小对模拟结果的影响进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 离散单元法的发展概况
• 1.2 粉末高速压制成形的特点和研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 粉末高速压制成形的基本理论
• 2.1 粉末高速压制成形的技术原理
• 2.2 高速压制过程中应力波的作用机制
• 2.3 冲击瞬间粉末颗粒表面温度场的变化
• 2.4 本章小结
• 第三章 离散单元法的块体模型及其改进
• 3.1 离散单元法的基本思想
• 3.2 基本方程
• 3.2.1 物理方程
• 3.2.2 运动方程
• 3.3 参数选择
• 3.3.1 计算时步△t的选择
• n，K_s'>3.3.2 刚度系数K_n，K_s
• 3.3.3 阻尼的选取
• 3.4 块体模型的改进
• 3.5 本章总结
• 第四章 高速压制成形中粉末颗粒受力分析
• 4.1 高速压制中粉末颗粒间的接触力
• 4.1.1 力-位移定律
• 4.1.2 高速压制中粉末颗粒的接触模型
• 4.1.3 高速压制下粉末本构关系的建立
• 4.2 高速压制下粉体所受外力的计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 离散单元法对高速压制过程的数值模拟
• 5.1 基本假设
• 5.2 高速压制过程的离散元模型
• 5.3 数值实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 本文的主要结论及今后的工作
• 6.1 主要结论
• 6.2 今后的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果