粉末压制成型数值模拟的建模方法综述-论文.pdf

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1、G。ngu—rsnu：三至量堡鋈粉末压制成型数值模拟的建模方法综述雷晓燕(内蒙古机电职业技术学院机电工程系，内蒙古呼和浩特010071)摘要：重点论述了粉末压制成型数值模拟过程中运用的各种建模方法及其特点，对可能有效解决粉末压制成型数值模拟难题的建模途径进行了展望。关键词：粉末压制成型；屈服准则；建模0引言er-Prager等。一些研究结果表明，运用这些屈服准则获得的模拟结果与实验结果吻合得较好]，在实际丁程中具有良好的应粉末冶金技术是材料设计领域的一项新技术，目前已广泛用前景。但应用这些屈服准则时应特别注意岩土与粉末压制应用于机械、汽车等行业。为

2、了获得性能优异的粉末生坯，国过程的本质不同，即低密度的岩土会出现膨胀现象，采用土塑内外众多学者和科研机构采用各种手段和方法，开展了粉末材性力学建模时应慎选屈服面。另外，这些屈服函数含有较多参料压制成型研究，其中数值模拟是研究粉末压制成型技术既经数，需要通过大量测试实验不断修正，尽可能获得较为准确的济又有效的手段，受到粉末冶金科技工作者的青睐。建立合适屈服参数，因而不便于工程应用。的数学模型是粉末压制成型数值模拟研究的基础，数学模型的无论是利用金属塑性力学方法还是土塑性力学方法建立准确性和可靠性直接影响着模拟结果的准确性。目前，粉末压的屈服准则，均是

3、基于大量实验数据获得的半经验屈服模型，制成型数值模拟的建模方法主要有3类，即连续介质力学方这些屈服准则均存在理论缺陷，仅能与某一些特定的粉末压制法、细观力学方法和内蕴时间塑性方法。本文总结和分析了这成型实验吻合，缺乏普适性，限制了屈服准则的进一步推广应3类建模方法及其特点，并对解决粉末压制成型数值模拟难题用，需要进一步完善。的建模途径进行了展望。1连续介质力学方法2细观力学方法由于连续介质力学建模方法存在一定的“先天不足”，近些连续介质力学方法将粉末体视作连续体，运用传统连续年，国内外一些粉末冶金学者从密集堆积球形颗粒出发，着手体塑性成型理论研究粉

4、末体压制行为。根据连续体塑性变形理论，不同的屈服函数会得到不同的塑性本构方程，粉末从细观层面开展粉末体压制成型数值模拟建模方法的研究，并压制数值模拟的建模核心是建立合适的屈服准则。连续介取得了一些成果，如离散单元模型、离散有限元模型、分子动力学模型、孔洞模型等。离散单元法是通过单个颗粒的常微分方质力学建模方法的主要研究任务是，如何建立能够客观、准确描述粉末体压制行为的屈服函数。目前，基于连续介质程对时间和空间的积分来求解粉末体宏观特性。该方法假设力学的建模方法主要有金属塑性力学和土塑性力学2类，颗粒为刚性球体，压制过程中不会发生变形，因此仅适合硬质

5、具体如下：金属粉末或塑性颗粒压制的初期。离散有限元模型是离散单(1)金属塑性力学方法。金属塑性力学建模方法是根据经元模型和有限元方法的有机结合：对于颗粒的刚性位移采用离典VonMises屈服条件，结合粉末体压制成型的特点建立的粉散单元模型，而对于颗粒的变形和嵌人采用有限元方法。离散末材料屈服准则。目前采用该方法建立的著名屈服模型主要有限元模型的难点是离散单元模型区域和有限元区域之间的有Doraivelu、Shima-Oyane、Kuhu、Iee_Kim等，其中Doraivelu过渡区域的处理。离散单元模型模拟的是比分子大得多的颗准则和Shima-O

6、yane准则运用较为广泛，这些屈服函数虽然形粒，适合金属颗粒。分子动力学模型是模拟分子、晶体尺度的式和参数各不相同，但形式均满足一通式]，且屈服参数均含“颗粒”，基于颗粒遵循牛顿运动方程，颗粒之间的相对运动具有相对密度R，屈服参数多采用圆柱体静态压制实验测得。运有特定性，其求解过程与离散单元法相似。孑L洞模型是在粉末用这些屈服准则获得的数值模拟结果与实验结果大致接近。基体中随机嵌入一定数量的孑L洞，以此模拟粉末体的松散状这些屈服准则仅考虑了压制成型过程中，粉末体密度变化对基态，但表征粉末基体中孔洞的随机分布状态较为困难。总之，体材料屈服的影响，并未

7、考虑粉末材料体积变化对粉末材料屈细观力学建模方法主要强调粉末体的颗粒特性，将粉末体视作服的影响，这显然与真实的粉末材料特性不符。另外，基于金大量颗粒排列或堆积的集合体，将粉末颗粒近似视为圆形或球属塑性力学方法建立的粉末体屈服准则均是半实验半经验的形，采用弹簧和阻尼壶等模型来描述颗粒之问的相互作用，通模型，普适性差，粉末体与致密体的流动应力关系不是十分准过研究细观颗粒的力学特性来考察粉末体的宏观力学特性，从确，相对密度与塑性泊松比关系复杂，大多数研究均采用了固而建立起细观特性与宏观特性的联系。对于粉末压制成型数定指数，从而影响了屈服函数的准确性。优点

8、是屈服参数较值模拟，虽然细观力学建模方法比连续介质力学建模方法更接少，便于工程应用。近“实际”，但也存在将不规则的粉末颗粒