基于三维离散元模型粉末压制中力链对阻塞行为的影响机制

基于三维离散元建模技术,按照实验级配分布生成三维颗粒堆积,模拟单轴粉末压制过程,研究了压制过程中力链的演化规律及拓扑特性,通过颗粒系统中的速度与配位数分析了阻塞现象,并讨论了力链与阻塞行为间的关联机制。结果表明,在粉末压制过程中,随着上模冲压强从0逐渐增加至60 MPa,力链颗粒数目占比迅速上升至40.0%以上,高应力颗粒数目占比稳定在12.5%以上;当压强大于60 MPa后,力链开始出现弯曲并形成环状结构,从而导致了阻塞现象的产生,因此将60 MPa定为阻塞点。阻塞现象对粉体的致密化产生了影响,在压制过程中,与下层粉体颗粒相比,上层区域的粉体颗粒轴向速度更快,变化幅度更大;当压制结束时,上层区域的粉体颗粒致密化程度比下层区域更高。

离散元法铁粉末压制中粒径分布对力链演化机制的影响

为阐明粒径分布对铁粉压制中体系内部细观力学行为的影响,基于离散元理论,通过改变铁粉颗粒粒径分布建立压制模型,结合力链提取方法,通过对力链空间分布、力链数目、力链长度和力链方向性的分析,探究粒径分布对力链演化的影响机理.研究结果表明:不同粒径分布的粉体压制时形成的力链空间分布具有差异,粒径分布范围越小,形成的力链分布越集中,反之,粒径分布范围越大,形成的力链分布越松散且均匀;在粉末压制时,粒径分布对力链数目也有影响,具体表现为随着粉体的粒径分布范围变大,力链总数逐渐减少;粉体的粒径分布对颗粒形成短力链的数目起着显著影响,而对力链长度的影响较为有限;随着粒径分布范围的增大,力链的方向由均匀分布逐渐集中在特定角度方向,表现出一定各向异性,形成的交叉力链网络结构有利于提高粉体致密化程度.本文为从粉体粒径分布影响层面拓展粉末压制细观力学理论提供基础,亦为进一步结合粉体粒径分布及体系内力链演变过程改善粉末致密化行为提供指导.

金属粉末压制中多尺度力学特征不均匀性模拟研究

针对金属粉末压制过程实际研究的复杂性,基于颗粒物质理论及离散元法进行压制过程的数值模拟,特别是结合宏观应力、细观力链及微观接触力各尺度力学特征量化提取分析方法,通过接触力基尼指数与参与指数、力链强度不均匀度参数、局部应力不均匀度参数对不同颗粒、侧壁摩擦因数工况下的多尺度力学特征不均匀性进行量化分析,同时探讨多尺度力学特征空间不均匀分布演化。多尺度模拟研究表明:随压制进行,各尺度力学特征不均匀性均逐渐降低;而随侧壁及颗粒间摩擦因数增加,各尺度力学特征不均匀性逐渐增加。其中在宏观力学尺度上,侧壁、颗粒间摩擦因数对不均匀性影响均较为显著,而在细观、微观力学尺度上,颗粒间摩擦因数较侧壁摩擦因数对不均匀性影响更显著;各尺度力学特征空间分布亦逐渐向均匀化发展且保持各尺度一致对应性。研究对于粉体成形力学的丰富及致密化行为解释,以及压坯致密化程度与成形质量提升具有理论铺垫及实际指导意义。

粉末压制中粉末形状对粉体力学行为的影响

针对粉末压制中的粉末形状与粉体力学行为的关联问题,基于离散单元法建立了铁基粉末的单轴压制模型,分析了压制中粉末形状对致密化特征、微观接触力以及宏观应力等力学行为的影响规律。结果表明:在压制过程中粉体的孔隙率随形状系数AR的减小而降低,配位数随形状系数AR的减小而增加。粉体接触力各向异性随形状系数AR的减小而逐渐增强,而各形状粉体的接触各向异性系数a_(c)、a_(n)、a_(t)均经历从突增过渡到稳定阶段的变化过程。此外,粉体的压制应力快速增加阶段所占比例会随形状系数AR的减小而增大;粉末形状系数AR越小,体系内应力的分布范围越集中。将进一步拓展粉末压制中力学行为的研究理论基础,为改善粉末零件的致密性提供方法指引。