应用于粉末冶金的修正Drucker-Prager/Cap模型
发布时间：2021-11-07 14:16
粉末冶金是金属材料成形工艺的重要环节,但现有各种模型都无法完整模拟金属粉末在压制前后期特有的力学性能。本研究通过引入致密金属的屈服强度,对Drucker-Prager/Cap模型进行修改,将其屈服面限制在致密金属的Von Mises屈服面以内,并随着压制过程,使之无限接近Von Mises屈服面。通过与文献试验数据对比,证明所提出的修正模型具有相当高的精度。最终将该模型应用于高温合金的热等静压模拟,其变形模拟结果与实验相符,并且应力分布比传统Drucker-Prager/Cap模型的计算结果更加合理。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
各种材料模型在粉末冶金模拟中的应用
Drucker-Prager/Cap模型[2]在粉末压制的模拟中也有较为普遍的应用。它是基于Mohr-Coulomb模型，定义屈服面时考虑了粉末颗粒材料的内摩擦角。同时用Cap模型限制其强度在高围压下强度的无限增大（图3）。该模型多用于岩土、混凝土等拉压强度显著不同的颗粒材料。其屈服函数有：Drucker-Prager屈服函数：
其引入了3个与相对密度相关的拟合函数A(ρ)，B(ρ)和C(ρ)，ρ为相对密度。该模型准确地描述了粉末压制各个阶段的Cap屈服面，但也引入了太多参数，并且将屈服准则分成前后2个阶段的混合，工程应用不便，另外Lee的模型无法反映Drucker-Prager屈服面在挤压过程中的变化规律。Han等人[15]提出了通过少量试验测定Drucker-Prager/Cap模型所需的材料参数的方案，从而通过实验数据描述材料在不同相对密度下的屈服面变化，但对模型并无修改，且没有建立起粉末材料和致密材料间的联系。此外，Abouaf[16-18]、Kuhn[19]和Kim[20]等人针对金属粉末的热等静压过程，各自提出以蠕变模型描述材料致密化过程，但这些模型多用于预测与时间、温度相关的变形，无法描述材料本身的其它力学特性。Nguyena[21]和Abdelhefeeza[22]等人分别将蠕变模型与多孔金属模型和粉末颗粒模型相结合，对金属粉末的热等静压过程进行模拟，研究表明蠕变模型的引入加快了材料致密化，并得到更加准确的密度分布。此外，还有通过离散单元法（DEM)[23-25]、分子动力学（MD)[26]等方法对粉末冶金过程进行计算，从微观尺度模拟了金属粉末颗粒在压制过程中经历的物理变化，但这些微观方法计算成本较高，不适合工业应用。为补充现有宏观理论模型的不足，将粉末材料的力学特性与相应致密材料的Von Mises屈服准则相关联，在尽可能少引入其它参数的情况下，通过修改Drucker-Prager/Cap模型，提出能够同时描述金属粉末在压制不同阶段下力学特性的新本构模型。最终将该模型应用于镍基高温合金热等静压过程的模拟。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FGH4097合金热等静压成形数值模拟[J]. 瞿宗宏,刘建涛,张国星,张义文,陶宇. 材料热处理学报. 2017(07)
本文编号：3482002
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
各种材料模型在粉末冶金模拟中的应用
Drucker-Prager/Cap模型[2]在粉末压制的模拟中也有较为普遍的应用。它是基于Mohr-Coulomb模型，定义屈服面时考虑了粉末颗粒材料的内摩擦角。同时用Cap模型限制其强度在高围压下强度的无限增大（图3）。该模型多用于岩土、混凝土等拉压强度显著不同的颗粒材料。其屈服函数有：Drucker-Prager屈服函数：
其引入了3个与相对密度相关的拟合函数A(ρ)，B(ρ)和C(ρ)，ρ为相对密度。该模型准确地描述了粉末压制各个阶段的Cap屈服面，但也引入了太多参数，并且将屈服准则分成前后2个阶段的混合，工程应用不便，另外Lee的模型无法反映Drucker-Prager屈服面在挤压过程中的变化规律。Han等人[15]提出了通过少量试验测定Drucker-Prager/Cap模型所需的材料参数的方案，从而通过实验数据描述材料在不同相对密度下的屈服面变化，但对模型并无修改，且没有建立起粉末材料和致密材料间的联系。此外，Abouaf[16-18]、Kuhn[19]和Kim[20]等人针对金属粉末的热等静压过程，各自提出以蠕变模型描述材料致密化过程，但这些模型多用于预测与时间、温度相关的变形，无法描述材料本身的其它力学特性。Nguyena[21]和Abdelhefeeza[22]等人分别将蠕变模型与多孔金属模型和粉末颗粒模型相结合，对金属粉末的热等静压过程进行模拟，研究表明蠕变模型的引入加快了材料致密化，并得到更加准确的密度分布。此外，还有通过离散单元法（DEM)[23-25]、分子动力学（MD)[26]等方法对粉末冶金过程进行计算，从微观尺度模拟了金属粉末颗粒在压制过程中经历的物理变化，但这些微观方法计算成本较高，不适合工业应用。为补充现有宏观理论模型的不足，将粉末材料的力学特性与相应致密材料的Von Mises屈服准则相关联，在尽可能少引入其它参数的情况下，通过修改Drucker-Prager/Cap模型，提出能够同时描述金属粉末在压制不同阶段下力学特性的新本构模型。最终将该模型应用于镍基高温合金热等静压过程的模拟。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FGH4097合金热等静压成形数值模拟[J]. 瞿宗宏,刘建涛,张国星,张义文,陶宇. 材料热处理学报. 2017(07)
本文编号：3482002
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3482002.html
