基于Comsol Multiphysics粉末冶金过程计算机仿真

发布时间：2024-10-03 03:07

　　粉末冶金是一项绿色制造技术,粉末压制和烧结是粉末冶金过程中两个非常重要的环节,粉末压制的成形坯块虽不是粉末冶金的最终产品,但其性能极大地影响着制品的最终性能;烧结是粉体压制成型后对压坯的后续处理,是通过加热使颗粒产生黏结,经过物质的迁移使粉体产生强度并导致致密化和再结晶。本文主要针对金属粉末压制成形过程以及放电等离子烧结过程进行了数值模拟和计算机仿真。系统地描述了粉末冶金技术发展现状及应用、粉末成形过程数值模拟研究现状、放电等离子烧结机理及研究现状。在此基础上对粉末成形建模、屈服准则、力学模型及相关理论进行分析,并对力学模型及建模相关理论做了总结,确定了基于弹塑性有限元法建模方式。利用COMSOL Multiphysics有限元软件分别从宏观和微观尺度上对粉末压制过程进行模拟,成功对粉末压制过程中的颗粒运动与变形问题进行求解。在此过程中分别探讨了压制方式(单向压制、双向压制)、压制力大小对粉末颗粒运动及体积塑性应变的影响规律。基于不同的力学模型建立两种有限元模型:使用FKM-GTN屈服函数表征多孔材料孔隙率的连续体颗粒模型和微观尺度离散体颗粒模型。利用COMSOL Multiphysic...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 粉末冶金的发展与应用
        1.2.1 粉末冶金的发展
        1.2.2 粉末冶金的应用
    1.3 粉末成形过程数值模拟研究现状
        1.3.1 金属粉末成形仿真建模
        1.3.2 基于连续体介质力学行为研究
        1.3.3 基于非连续体介质力学行为研究
    1.4 本文的研究意义及主要内容
        1.4.1 课题意义
        1.4.2 主要内容
第2章 粉末冶金模拟过程基础理论
    2.1 金属粉末成形数值计算方法
        2.1.1 弹塑性有限元方程建立
        2.1.2 弹塑性材料模型
        2.1.3 非线性问题的描述
    2.2 粉末冶金数值模拟软件及相关模块介绍
        2.2.1 COMSOLMultiphysics软件简介
        2.2.2 COMSOL模拟建模步骤
        2.2.3 粉末冶金过程相关物理模块简介
    2.3 放电等离子烧结数值模拟
        2.3.1 放电等离子烧结机理
        2.3.2 放电等离子烧结研究现状
第3章 粉末压制过程数值模拟分析
    3.1 引言
    3.2 粉末压制装置有限元模型建立
        3.2.1 多孔塑性模型建立
        3.2.2 离散体有限元模型建立
    3.3 粉末压制模型计算中相关条件和参数设定
        3.3.1 材料属性的设置
        3.3.2 边界条件和载荷定义
        3.3.3 接触属性设置
        3.3.4 计算求解
    3.4 粉末压制宏观数值模拟计算分析
        3.4.1 单向、双向压制过程颗粒流动特性分析
        3.4.2 单向、双向压制过程应力分析
    3.5 粉末压制细观模拟数值分析
        3.5.1 单向压制离散体颗粒流动规律
        3.5.2 不同位置颗粒应变分析
        3.5.3 双向压制离散体颗粒流动规律
        3.5.4 双向压制颗粒体积应变分析
    3.6 本章小结
第4章 热-力-电耦合作用下粉体成形数值模拟
    4.1 引言
    4.2 SPS烧结模型的建立
        4.2.1 电流场算法
        4.2.2 热传导模块
        4.2.3 单轴应力引起的机械位移模型
    4.3 放电等离子烧结有限元模型的建立
        4.3.1 SPS耦合建模
        4.3.2 材料选择与属性的定义
        4.3.3 初始条件和边界条件处理
        4.3.4 接触属性设置
    4.4 求解器设置
    4.5 数值模拟计算结果分析
        4.5.1 放电等离子烧结电场模拟分析
        4.5.2 SPS烧结温度场分布规律
    4.6 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间发表的学术论文



本文编号：4006679