离散粉体充填薄壁管的高频振动辅助挤压变形行为研究

发布时间：2017-04-11 06:18

  本文关键词：离散粉体充填薄壁管的高频振动辅助挤压变形行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在机械制造以及建筑等领域,常常涉及内部填充离散介质的薄壁中空型材的变形问题,如超导线材的PIT制备、管材固体颗粒介质成形等。这类复合结构的整体变形是一个多因素耦合作用的复杂力学过程,涉及管坯自身的弹塑性变形、内腔粉体或颗粒的流动与变形,以及粉体与管壁的相互作用等,目前对这类问题的认识还十分有限,实践中也缺乏有效的理论指导。例如,在超导材料制备时,常常由于工艺参数的选择不合理而造成断裂等失效。已有研究表明,将振动施加到包括超导材料PIT制备等各种材料成形过程中,可以显著提高成品率和质量。为此,本文研究了准静态和振动状态下粉体填充金属管的正挤压变形,重点分析了载荷、整体变形特征、成形后的粉体密度与均匀性等问题。主要工作与结论如下:(1)利用物理实验、解析分析和数值模拟,分析了薄壁管准静态挤压和拉拔过程中管坯内腔容积的变化。结果表明,在薄壁管的挤压、拉拔等“缩径类”变形过程中,在内径减小、轴向长度增加以及壁厚变化等方面的综合影响下,管坯内腔的容积会减小,且减小程度与模具锥角、摩擦、挤压比、相对壁厚和材料特性有关;管内容积的减小,使得粉体受到较大的三轴压力(静水压力),从而促进粉体的致密化。(2)研究了充填铁粉、钢球两种不同离散介质的铝合金薄壁管,在不同摩擦条件下正挤压的变形特征,发现:充填物使得铝合金薄壁管的正挤压力增加,但充填颗粒度较大钢球颗粒的管坯,挤压力-行程曲线有较明显的跳跃;三向压力使粉体致密,静水压力和相对密度间存在正比例的对应关系;应力三轴度可反映粉体挤压过程的受力状态,与粉体相对密度有一定对应关系;挤压后的压实粉体的显微硬度测试表明,密度分布存在不均匀性,自锥面处向下粉体相对密度先增加后减小;管坯材料的厚向异性指数对内部粉体的致密有一定影响。(3)利用改装直剪仪,测试了高频激振下氧化铁粉与铬钼合金铸钢球的摩擦角,表明振动有助于粉体的流动,使得动态摩擦角降低,且氧化铁粉摩擦角比铬钼合金铸钢球摩擦角降低更多;振动挤压数值模拟表明,不论是管坯与模具间还是粉体与管坯间,动态挤压的摩擦应力远小于准静态挤压;准静态正挤压在变形初期静水压力增加较慢,而动态正挤压开始后静水压力就迅速增大;与准静态挤压相比,加载超声振动的粉体静水压力更大。(4)由于振动“体积效应”和“表面效应”共同作用的结果,使得离散体充填管的挤压载荷下降,且振幅越大、载荷降低越多。施加振动能够得到更高致密程度的管内粉体,且管壁厚分布更均匀。相同振幅下,管充填氧化铁粉比充填铬钼合金铸钢球的挤压载荷减少幅度更大。
【关键词】：薄壁管 离散粉体 振动 耦合变形 静水压力
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.3;TG376
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 数学解析符号表9-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题的提出及意义10
• 1.2 离散介质填充薄壁中空型材的整体变形研究现状10-12
• 1.3 超声波辅助成形简介12-14
• 1.3.1 超声振动对连续体的作用12-13
• 1.3.2 超声振动对对非连续体的作用13-14
• 1.3.3 超声振动对管坯和粉体的耦合变形作用14
• 1.4 课题的研究目的及内容14-16
• 1.4.1 课题研究目的14-15
• 1.4.2 课题的研究内容15-16
• 2 薄壁管正挤压内腔体积变化研究16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 薄壁管正挤压内腔容积变化数学解析16-18
• 2.3 薄壁管坯有限元模拟与物理实验18-19
• 2.3.1 薄壁管挤压有限元模拟18-19
• 2.3.2 薄壁管挤压物理实验19
• 2.4 模拟结果分析19-21
• 2.4.1 薄壁管坯壁厚变化19-21
• 2.4.2 薄壁管坯内腔体积变化影响因素21
• 2.5 薄壁管拉拔结果分析21-22
• 2.6 小结22-24
• 3 离散粉体充填薄壁管的准静态挤压24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 离散粉体摩擦角测试实验24-25
• 3.3 薄壁管充填离散粉体静态正挤压有限元模拟25-27
• 3.4 离散粉体充填薄壁管正挤压实验27-28
• 3.5 实验结果28-31
• 3.5.1 载荷-行程曲线分析28-29
• 3.5.2 管坯与离散粉体的相互作用分析29-30
• 3.5.3 管坯与离散粉体的相互作用分析30-31
• 3.6 应力三轴度等对静水压力的影响31-33
• 3.7 耦合体准静态拉拔数值模拟33-34
• 3.8 本章小结34-36
• 4 离散粉体充填薄壁管的振动辅助挤压数值模拟36-45
• 4.1 引言36
• 4.2 有限元模拟准备36-40
• 4.2.1 有限元模拟关键问题36-37
• 4.2.2 超声振动下粉体摩擦角的测定37-39
• 4.2.3 有限元模拟具体参数设置39-40
• 4.3 耦合体振动挤压模拟结果40-43
• 4.3.1 摩擦应力的分析40-41
• 4.3.2 静水压力的分析41-42
• 4.3.3 管坯壁厚分布42-43
• 4.4 本章小结43-45
• 5 离散粉体充填薄壁管振动辅助挤压实验45-50
• 5.1 引言45
• 5.2 实验方案45-46
• 5.3 离散粉体充填管坯的振动辅助正挤压46-49
• 5.3.1 薄壁管坯充填不同离散体正挤压结果46-48
• 5.3.2 动态正挤压粉体硬度变化48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 结论及展望50-52
• 6.1 结论50-51
• 6.2 工作展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-58
• 附录58
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录58
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录58

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