聚晶金刚石烧结过程中应力与密度有限元分析

发布时间：2023-04-25 04:51

　　聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,简称PDC)是由金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压(1350¹500℃、5.5¹0GPa)条件下烧结而成的一种超硬复合材料。基于其超高的硬度、耐磨性与良好的抗冲击韧性、可焊接性等优点,被广泛应用于石油钻探、矿石开采以及难加工材料的切削加工等多个领域,这也意味着对PDC复合片的性能和质量提出了更高的要求。本文着眼于金刚石层的烧结应力对PDC复合片的性能和质量的影响,基于修正的Drucker-Prager/Cap材料模型,建立了适用于本文加压烧结的材料模型,模拟了金刚石粉末的烧结过程。运用有限元软件Abaqus对金刚石粉末进行仿真,分析了金刚石层不同层面上三向应力的大小和分布规律,为下文工艺参数对金刚石层应力分布的影响提供了理论基础和依据。基于材料模型中建立的和密度相关的变量参数,对金刚石层的密度场进行了分析和研究,并与文献中实验所得的结果进行对比,初步得到金刚石层的密度分布规律。分析了顶锤下压速度V和高径比H/D对金刚石层应力和密度分布的影响,得到了不同参数下,应...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的来源及研究背景
    1.2 聚晶金刚石的国内外研究现状
        1.2.1 聚晶金刚石材料的发展现状
        1.2.2 聚晶金刚石实验与仿真的研究现状
    1.3 烧结理论和工艺研究
        1.3.1 烧结应力的发展
        1.3.2 烧结工艺的发展
    1.4 论文的研究内容
第2章 聚晶金刚石烧结分析与材料模型选用
    2.1 聚晶金刚石烧结成形的两面顶设备
    2.2 聚晶金刚石烧结成形的工艺分析
        2.2.1 烧结聚晶机理
        2.2.2 烧结成形的工艺流程
        2.2.3 烧结过程中的受力分析
        2.2.4 烧结的致密度分析
    2.3 粉末堆积的孔隙率计算
        2.3.1 最小堆积孔隙率
        2.3.2 金刚石粉末的空隙率计算
    2.4 聚晶金刚石烧结成形的材料模型
        2.4.1 屈服面
        2.4.2 塑性势面
    2.5 材料模型参数的确定
        2.5.1 硬化规律
        2.5.2 摩擦角和内聚力的确定
        2.5.3 帽子屈服面参数的确定
    2.6 本章小结
第3章 聚晶金刚石烧结过程的有限元模拟
    3.1 引言
    3.2 聚晶金刚石烧结模拟的前处置
        3.2.1 温度和压力加载曲线
        3.2.2 仿真中的速度参数设计
        3.2.3 载荷压力p和顶锤压缩量Δ的参数关系分析
        3.2.4 粉末压缩比的范围确定
    3.3 有限元模型的建立
        3.3.1 有限元模型简化
        3.3.2 材料参数属性
        3.3.3 边界条件的设置
        3.3.4 有限元模型的网格划分
    3.4 数据结果的后处理分析
        3.4.1 金刚石层的相对密度分析
        3.4.2 金刚石层的等效应力分析
        3.4.3 金刚石层的径向和轴向应力分布
        3.4.4 金刚石层的三向应力分析
    3.5 本章小结
第4章 金刚石层应力和密度分布的数值模拟分析
    4.1 引言
    4.2 顶锤下压速度对金刚石层的影响
        4.2.1 顶锤下压速度对金刚石层等效应力分布的影响
        4.2.2 顶锤下压速度对金刚石层密度分布的影响
    4.3 金刚石层的高径比对金刚石层的影响
        4.3.1 高径比对金刚石层等效应力分布的影响
        4.3.2 高径比对金刚石层密度分布的影响
    4.4 本章小结
第5章 聚晶金刚石脱模过程的应力分析
    5.1 引言
    5.2 聚晶金刚石的残余应力概述
    5.3 脱模过程的有限元模拟
        5.3.1 脱模过程模拟的条件假设
        5.3.2 传热分析和静力分析
    5.4 脱模过程的模拟结果分析
        5.4.1 聚晶金刚石的冷却过程分析
        5.4.2 聚晶金刚石径向残余应力和周向残余应力分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3800741