基于非局部摩擦理论的颗粒介质传力特性研究
发布时间：2021-08-01 01:54
散体颗粒介质兼有固体和液体的形态而又表现出不同于二者的诸多奇异性质,固体颗粒介质成形工艺正是利用这种特性将固体颗粒作为传力介质成功应用于金属板管材成形中并取得良好效果。为了探讨颗粒介质在固体颗粒介质成形工艺中的传压规律,并研究散体颗粒介质在承受压力条件下的传力特性,实现对成形中金属管板材内表面压力分布的准确控制从而有效提高金属管板材成形性能,通过设计固体颗粒介质的单轴压缩试验,得到颗粒介质侧压分布规律,在此基础上,结合非局部摩擦理论建立精确的颗粒介质传压力学模型,得到基于非局部摩擦理论的颗粒介质传压规律,并推导出其轴向传力压力函数表达式。研究结果表明:侧压力与传力距离按照二次函数的规律分布,并随着传力距离增加而下降;颗粒介质轴向传递压力随传力距离增加而逐渐衰减,并且考虑非局部摩擦所得到的理论值较局部摩擦更能接近试验值,而非局部作用接触面半径对结果影响较小。
【文章来源】：机械工程学报. 2017,53(13)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
颗粒介质单轴压缩试验及原理图
能量很快在密集型的颗粒相互碰撞中逐渐消耗。因此，在成形速度为5～30mm/s的条件下，颗粒介质力的传递依旧为准静态形式。本研究中以压头压制速度为15mm/s。通过不同压制阶段采集的轴向压力与侧向压力进行颗粒介质的传力研究。2颗粒介质传力模型构建2.1侧压力分布规律为了研究方便，假设颗粒介质上下压头作用表面上压力均匀分布，并将上压头作用压力用0表示，侧向压力用σr表示。通过试验所采集的不同上表面压力0的条件下，其侧向压力σr随传力距离z(上压头与侧压力传感器之间的距离)分布规律见图2，从图中可以看出σr随着z增加而规律性下降，其规律可用二次函数关系很好拟合，其拟合公式表达如下2razbzc(1)式中，z为传力距离(mm)；a、b、c为系数，不同0条件下取不同值。图2侧压力σr与压头距离z的关系图若将不同上表面压力0条件下，式(1)中的系数a、b、c的取值列入表1中，进一步研究发现系数a、b、c均与压头压力0具有很好的线性变化关系，因此式(1)可变化为2102304506()()()rkkhkkhkk(2)表1不同0条件下系数a、b、c数值压头压力0/MPaabc300.00050.170118.741500.00080.267829.123600.00090.309433.838800.00130.431943.995900.00140.481248.5922.2颗粒介质传力模型的初步建立颗粒介质传力模型如图3所示，以平压头压紧的筒装颗粒体系为研究对象，将颗粒间的接触力和摩擦力视为颗粒体系的内力，并假设应力在水平面内是均匀的，并且水平和垂直方向的应力为主应力。颗粒介质总高度为Z，外部载荷由压头压应力0、传力位移z处轴向反作用应力u及侧面摩擦力共同构成平衡力系。图3颗粒介质传力模型以直径为D，高度为z的颗粒介质为研究对象，可得
(mm)；a、b、c为系数，不同0条件下取不同值。图2侧压力σr与压头距离z的关系图若将不同上表面压力0条件下，式(1)中的系数a、b、c的取值列入表1中，进一步研究发现系数a、b、c均与压头压力0具有很好的线性变化关系，因此式(1)可变化为2102304506()()()rkkhkkhkk(2)表1不同0条件下系数a、b、c数值压头压力0/MPaabc300.00050.170118.741500.00080.267829.123600.00090.309433.838800.00130.431943.995900.00140.481248.5922.2颗粒介质传力模型的初步建立颗粒介质传力模型如图3所示，以平压头压紧的筒装颗粒体系为研究对象，将颗粒间的接触力和摩擦力视为颗粒体系的内力，并假设应力在水平面内是均匀的，并且水平和垂直方向的应力为主应力。颗粒介质总高度为Z，外部载荷由压头压应力0、传力位移z处轴向反作用应力u及侧面摩擦力共同构成平衡力系。图3颗粒介质传力模型以直径为D，高度为z的颗粒介质为研究对象，可得垂直方向力学平衡方程220π44uDDf(3)式中0——压头压应力(MPa)；u——z位置处颗粒体系所受的轴向反作用压力(MPa)；f——颗粒介质受侧壁摩擦力(MPa)；D——承压筒内径(mm)。2.3非局部摩擦模型及其修正根据ODEN等[11]提出的非局部摩擦理论，接触面上的某点的摩擦应力不仅受该点的法向压应力影响，而且受接触面上有限邻域内质点的法向压应力的影响。即()()()dczzyyy(4),czz
【参考文献】：
期刊论文
[1]Frictional characteristics of granular system under high pressure[J]. 曹秒艳,彭雅新,赵长财,董国疆,杜冰. Journal of Central South University. 2016(05)
[2]基于梯度依赖的非局部摩擦模型的土坡稳定性分析[J]. 扶名福,谢帮华,廖小红,余丽. 应用数学和力学. 2013(11)
[3]Variational analysis of thermomechanically coupled steady-state rolling problem[J]. T. A. ANGELOV. 应用数学和力学. 2013(11)
[4]基于固体颗粒介质的板材软模成形工艺(英文)[J]. 董国疆,赵长财,曹秒艳. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(09)
[5]筒形件颗粒软凹模拉深成形试验研究[J]. 骆俊廷,赵志勇,黄倩影,王长伟,张春祥. 中国机械工程. 2013(10)
[6]基于固体颗粒介质成形工艺筒形件拉深力学分析[J]. 曹秒艳,赵长财,董国疆,郝海滨. 机械工程学报. 2013(02)
[7]钛合金机头罩固体颗粒介质成形工艺研究[J]. 李鹏亮,张志,曾元松. 锻压技术. 2012(05)
[8]基于ADINA的非局部摩擦模型的数值分析[J]. 闫小青,樊保圣,扶名福,谢立新. 塑性工程学报. 2011(04)
[9]非局部摩擦模型的核函数研究及其在锚杆中应用[J]. 刘伟平,扶名福,罗小艳. 北京工业大学学报. 2011(07)
[10]基于非局部摩擦模型的等截面抗拔桩变形分析[J]. 廖小红,扶名福,刘伟平. 南昌工程学院学报. 2010(06)
博士论文
[1]非局部摩擦及应变梯度理论在超塑性成形中的应用研究[D]. 李茂林.南昌大学 2009
本文编号：3314607
【文章来源】：机械工程学报. 2017,53(13)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
颗粒介质单轴压缩试验及原理图
能量很快在密集型的颗粒相互碰撞中逐渐消耗。因此，在成形速度为5～30mm/s的条件下，颗粒介质力的传递依旧为准静态形式。本研究中以压头压制速度为15mm/s。通过不同压制阶段采集的轴向压力与侧向压力进行颗粒介质的传力研究。2颗粒介质传力模型构建2.1侧压力分布规律为了研究方便，假设颗粒介质上下压头作用表面上压力均匀分布，并将上压头作用压力用0表示，侧向压力用σr表示。通过试验所采集的不同上表面压力0的条件下，其侧向压力σr随传力距离z(上压头与侧压力传感器之间的距离)分布规律见图2，从图中可以看出σr随着z增加而规律性下降，其规律可用二次函数关系很好拟合，其拟合公式表达如下2razbzc(1)式中，z为传力距离(mm)；a、b、c为系数，不同0条件下取不同值。图2侧压力σr与压头距离z的关系图若将不同上表面压力0条件下，式(1)中的系数a、b、c的取值列入表1中，进一步研究发现系数a、b、c均与压头压力0具有很好的线性变化关系，因此式(1)可变化为2102304506()()()rkkhkkhkk(2)表1不同0条件下系数a、b、c数值压头压力0/MPaabc300.00050.170118.741500.00080.267829.123600.00090.309433.838800.00130.431943.995900.00140.481248.5922.2颗粒介质传力模型的初步建立颗粒介质传力模型如图3所示，以平压头压紧的筒装颗粒体系为研究对象，将颗粒间的接触力和摩擦力视为颗粒体系的内力，并假设应力在水平面内是均匀的，并且水平和垂直方向的应力为主应力。颗粒介质总高度为Z，外部载荷由压头压应力0、传力位移z处轴向反作用应力u及侧面摩擦力共同构成平衡力系。图3颗粒介质传力模型以直径为D，高度为z的颗粒介质为研究对象，可得
(mm)；a、b、c为系数，不同0条件下取不同值。图2侧压力σr与压头距离z的关系图若将不同上表面压力0条件下，式(1)中的系数a、b、c的取值列入表1中，进一步研究发现系数a、b、c均与压头压力0具有很好的线性变化关系，因此式(1)可变化为2102304506()()()rkkhkkhkk(2)表1不同0条件下系数a、b、c数值压头压力0/MPaabc300.00050.170118.741500.00080.267829.123600.00090.309433.838800.00130.431943.995900.00140.481248.5922.2颗粒介质传力模型的初步建立颗粒介质传力模型如图3所示，以平压头压紧的筒装颗粒体系为研究对象，将颗粒间的接触力和摩擦力视为颗粒体系的内力，并假设应力在水平面内是均匀的，并且水平和垂直方向的应力为主应力。颗粒介质总高度为Z，外部载荷由压头压应力0、传力位移z处轴向反作用应力u及侧面摩擦力共同构成平衡力系。图3颗粒介质传力模型以直径为D，高度为z的颗粒介质为研究对象，可得垂直方向力学平衡方程220π44uDDf(3)式中0——压头压应力(MPa)；u——z位置处颗粒体系所受的轴向反作用压力(MPa)；f——颗粒介质受侧壁摩擦力(MPa)；D——承压筒内径(mm)。2.3非局部摩擦模型及其修正根据ODEN等[11]提出的非局部摩擦理论，接触面上的某点的摩擦应力不仅受该点的法向压应力影响，而且受接触面上有限邻域内质点的法向压应力的影响。即()()()dczzyyy(4),czz
【参考文献】：
期刊论文
[1]Frictional characteristics of granular system under high pressure[J]. 曹秒艳,彭雅新,赵长财,董国疆,杜冰. Journal of Central South University. 2016(05)
[2]基于梯度依赖的非局部摩擦模型的土坡稳定性分析[J]. 扶名福,谢帮华,廖小红,余丽. 应用数学和力学. 2013(11)
[3]Variational analysis of thermomechanically coupled steady-state rolling problem[J]. T. A. ANGELOV. 应用数学和力学. 2013(11)
[4]基于固体颗粒介质的板材软模成形工艺(英文)[J]. 董国疆,赵长财,曹秒艳. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(09)
[5]筒形件颗粒软凹模拉深成形试验研究[J]. 骆俊廷,赵志勇,黄倩影,王长伟,张春祥. 中国机械工程. 2013(10)
[6]基于固体颗粒介质成形工艺筒形件拉深力学分析[J]. 曹秒艳,赵长财,董国疆,郝海滨. 机械工程学报. 2013(02)
[7]钛合金机头罩固体颗粒介质成形工艺研究[J]. 李鹏亮,张志,曾元松. 锻压技术. 2012(05)
[8]基于ADINA的非局部摩擦模型的数值分析[J]. 闫小青,樊保圣,扶名福,谢立新. 塑性工程学报. 2011(04)
[9]非局部摩擦模型的核函数研究及其在锚杆中应用[J]. 刘伟平,扶名福,罗小艳. 北京工业大学学报. 2011(07)
[10]基于非局部摩擦模型的等截面抗拔桩变形分析[J]. 廖小红,扶名福,刘伟平. 南昌工程学院学报. 2010(06)
博士论文
[1]非局部摩擦及应变梯度理论在超塑性成形中的应用研究[D]. 李茂林.南昌大学 2009
本文编号：3314607
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