基于FEM-DEM的粉末成形过程多尺度模拟研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gyf1978
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为了对粉末成形过程进行精确的数值仿真研究,本文利用耦合有限元法和离散元法的多尺度方法模拟了粉末成形过程,分析了该过程中的宏观尺度参数、细观力链尺度参数和微观颗粒尺度参数,并探究了压制速度和粉末材料特性对该过程中各个参数的影响。在应用软件方面,选择了有限元软件ANSYS/LS-DYNA和离散元软件PFC2D,通过二次开发,实现了软件之间数据的传递和循环计算。模拟结果表明:在模壁与粉末颗粒相接触的过渡区域,颗粒力链强度与模壁应力大小相对应,应力在模壁与颗粒体系间过渡平滑;在粉末成形过程中,宏观摩擦系数μ不是恒定不变的常数,而随压制力的增大上下波动;在粉末成形过程结束后,模拟获得的颗粒体系的密度分布与黄培云在《粉末冶金原理》中介绍的压坯密度分布基本相符合,证明了该模拟结果的正确性;粉末成形过程可分为三个阶段,在第一阶段中,颗粒体系从松散堆积状态变为紧密接触状态,细观力链参数和颗粒滑移率的变化幅度较大;在第二阶段中,小粒径颗粒填充孔隙,细观力链参数和颗粒滑移率在小范围内平稳波动;在第三阶段中,颗粒发生塑性变形甚至破裂,细观力链参数和颗粒滑移率的变化几乎不存在波动;除颗粒滑移率以外的其他微观颗粒参数,在第一和第二阶段的变化程度均较弱,而均在第三阶段开始出现剧烈变化;在不同的阶段中,压制速度对粉末成形过程各参数的影响效果不同;颗粒平均半径对粉末成形过程细观力链参数的影响较小,颗粒弹性模量对模具与颗粒体系中的应力分布的影响较小,而颗粒界面摩擦系数对粉末成形过程结束后颗粒体系整体密度大小的影响较小。该模拟研究证明了本文建立的多尺度模型的准确性,为以后进行的粉末成形过程的研究和工业生产提供了有力的参考。
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