粉末冶金零件压制成形本构参数反演优化及参数化模拟

发布时间：2020-04-07 17:11

【摘要】：为了缩短设计周期、降低产品成本、提高粉末冶金制品的质量,将数值仿真技术引入工艺设计并对粉末成形过程中的缺陷进行预测分析是必然趋势。粉末压制成形数值模拟需要准确的本构模型。目前,基于广义塑性力学建立的本构模型在粉末成形数值模拟方面具有更好的准确性,但由于模型复杂且参数较多,一般需要通过各种压坯强度实验、模压实验以及三轴实验来确定本构中的各个参数。本文提出一种广义塑性力学模型参数的反演优化方法,实现本构模型参数的快速获取。为提高建模效率,基于Python语言的ABAQUS二次开发,将模型参数化。论文主要研究内容和成果如下:1.建立了适用于本文所用金属材料成形的密度相关的广义塑性力学屈服模型,即修正的Drucker-Prager Cap屈服模型。以ASC100.29金属粉末为实验材料,通过模压实验、巴西圆盘实验和单轴压缩实验对材料参数进行标定,并对巴西圆盘实验和单轴压缩实验得到的曲线进行分析。2.基于ABAQUS-MATLAB联合仿真平台,利用复合形优化算法,以数值模拟与实验压制力数据的差异性形成目标函数,对其进行最小化,获取本构模型参数。以ASC100.29金属粉末为例,对材料参数进行反演优化,结果表明优化出的材料参数与实验得到的参数基本吻合,优化得到的成形压制力与实验曲线基本一致,验证了优化方法的准确性。对Ag57.6-Cu22.4-Sn10-In10混合金属粉末的材料参数进行优化计算,通过粉末成形压制力和相对密度模拟结果与文献实验结果对比,进一步验证了联合反演优化方法的可行性。3.基于Python语言的ABAQUS二次开发,将模型参数化,通过改变关键参数即可改变研究变量,避免大量重复性的建模工作,实现不同尺寸的模型的快速建立。
【图文】：

得到一个在ｒ平面上内切Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ准则六边形的米塞斯圆。提出的新的屈服逡逑准则为最早的Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服准则，其屈服面与Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服面间的关系逡逑如图１－１所示，屈服准则公式为：逡逑Ｆ邋＝邋ａＪ｝＋（ｊ２ｆ２－Ｋ邋＝邋０逦式（１－５）逡逑其中：逡逑ａ＝邋ｒ邋ｆｍ＜Ｐ．逦式（１－６）逡逑Ｖ２ｙ３＋ｓｉｎ逡逑Ｋ＝ｆｃ邋ｃｏｓｉｐ逦式（１７）逡逑－＞／３Ｈ－ｓｉｎ２邋ｑ＞逡逑在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服准则中，确定系数ａ、ＡＴ的方法有很多种。根据Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ逡逑屈服准则和Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服准则在偏平面的相对位置关系可以得到系数ａ、夂的逡逑不同表达方式。这些不同的表达方式产生新的屈服准则，这类屈服准则一般被称为广逡逑义的米塞斯屈服准则。逡逑在金属粉末压制成形过程中的压力要远远大于岩土力学中的压力，如果仍采用上逡逑述屈服准则会使体积增加，与实际情况产生一定差异。针对这一问题，Ｄｍｃｋｅｒ＾ｌ等逡逑人在１９５７年又提出了弹塑性材料硬化模型。此模型的原理是在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ模型面逡逑上加一个帽子面。逡逑１９６８年，Ｒｏｓｃｏｅ和Ｂｕｒｌａｎｄ［２１］将土体假设为加工硬化材料，并根据能量方程建立逡逑了剑桥（Ｃａｍ－Ｃｌａｙ）模型，之后又对剑桥模型进行了修正。该模型的屈服表面形状为逡逑椭球形

表示三轴拉伸强度和三轴压缩强度之间的比值，该比值反映了中间主应力对屈逡逑服的影响。研宄过程中，为了保证屈服面是凸面，尺的需要在０．７７８？１．０之间。尺的逡逑取值不同，其屈服面在；ｒ平面上的形状也会不同，如图２－２所示。当尺邋＝１时，那么有逡逑／邋＝心此情况下，，屈服面在ｔｔ平面上的形状称为米塞斯圆。逡逑个＆逡逑Ｃｕｒｖｅ邋Ｋ逡逑图２－２偏应力平面内的屈服面逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｙｉｅｌｄ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｐｌａｎｅ邋ｏｆ邋ｄｅｖｉａｔｏｒｉｃ邋ｓｔｒｅｓｓ逡逑帽子屈服面主要有两个用途：它限制了屈服面的静水应力，从而提供了一种表示逡逑塑性压缩的非弹性硬化机制。它有助于控制体积膨胀，在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ剪切破坏面逡逑和过渡曲面中，当材料在剪切中屈服时，由于材料的屈服而产生的非弹性体积增大，逡逑使其软化。帽子屈服面的硬化或软化作为体积塑性应变的函数：体积塑性压缩（在帽逡逑上面屈服时）会导致硬化，而体积塑性膨胀（在剪切破坏表面屈服时）会导致软化。逡逑帽子屈服面写为：逡逑￣Ｒ（ｄ＋Ｐ＾）＝Ｇ逦式（２－７）逡逑式中ｉ？（取值范围０．０００１－１０００）是控制帽子形状的材料参数；Ｃ（是一个很小的数，逡逑用来定义剪切破坏面和帽子面之间的平滑过渡面。＆是一个演化参数，Ｍ称为压缩屈逡逑服平均应力。硬化／软化定律是一个关于压缩屈服平均应力和相应体积非弹性应变的用逡逑户定义的分段性函数。这里只考虑塑性体积应变：逡逑ｐｂ＝ｆ｛＜）逦式（２－８）逡逑体积塑性应变可以表示为：逡逑（邋＼逡逑ｓｆ邋＝邋］ｎ逦式（２－９）逡逑Ｖ＾0邋／逡逑其中ｐ是当前相对密度
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF124.3

【参考文献】

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本文编号：2618166