高速压制成形中金属粉末本构方程的研究

论文摘要

高速压制成形（HVC）技术以高效率、高性能、低成本等优点成为近年来压制成形研究的热点。为了研究金属粉末的变形特征,得到一个封闭数学方程组,本构方程是必不可少的。本文在综述高速压制成形研究现状、特点的基础上,详细介绍了经典的压制方程、损伤力学等相关理论。首先根据高速压制的压制机理,将压制过程分成硬化和软化两个阶段。由于金属粉末在硬化阶段压制力和密度呈线性关系,所以用heckel模型进行模拟,利用黄培云应变双对数计算公式,推导出硬化阶段的本构方程。第二阶段考虑到高温引起软化效应,同时应力-应变表现为非线性,对ZWT模型进行修正,去掉低应变率项,加入粘塑性项,得到此软化阶段的本构方程。数值模拟表明对硬化和软化两阶段分别建立本构方程是合理的,与试验的结果基本一致。其次,利用损伤力学原理分析高速压制过程的损伤现象,将金属粉末看成柔度矩阵与弹性模量有关的E材料和柔度矩阵与剪切模量有关的G材料的复合体,在热力学第二定律的基础上,得到了金属粉末各向异性弹性损伤本构方程、相应的有效柔度矩阵以及损伤能量释放率。最后,考虑金属粉末损伤过程的体积变形特征和软化效应,构造合适的塑性耗散势函数,构造高速压制成型金属粉末的弹塑性各向异性损伤本构方程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高速压制成形
• 1.1.1 高速压制成形研究现状
• 1.1.2 高速压制成形技术的特点
• 1.1.3 高速压制设备及压制过程
• 1.2 本文主要研究内容
• 第二章 高速压制成形相关理论
• 2.1 压制成形的压制力
• 2.1.1 压制力分析
• 2.1.2 弹性后效
• 2.1.3 摩擦力
• 2.2 影响压制密度的因素
• 2.2.1 粉末物理性能、形状
• 2.2.2 压制次数
• 2.2.3 压制速度
• 2.3 经典的压制理论
• 2.3.1 巴尔中压制方程
• 2.3.2 川北公夫压制理论
• 2.3.3 黄培云压制理论
• 2.3.4 Heckel压制方程
• 2.4 损伤力学基本原理
• 2.4.1 有效应力
• 2.4.2 热力学第二定律
• 2.5 本章小结
• 第三章 金属粉末高速压制成形的本构方程
• 3.1 本构关系
• 3.2 粉末高速压制成形本构模型的分析与建立
• 3.2.1 模型分析
• 3.2.2 金属粉末在压制第一阶段的本构方程
• 3.2.3 金属粉末在压制第二阶段的本构方程
• 3.2.4 粉末高速压制成形的本构模型
• 3.3 参数讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 高速压制成形金属粉末的损伤本构方程
• 4.1 高速压制成形中金属粉末的损伤现象
• 4.1.1 绝热剪切带损伤
• 4.1.2 高温塑性损伤
• 4.1.3 孔洞的损伤
• 4.2 弹性各向异性损伤本构方程
• 4.2.1 弹性各向异性本构方程
• 4.2.2 特例讨论
• 4.3 弹塑性各向异性损伤本构方程
• 4.4 本章小结
• 第五章 本文主要结论及今后的工作
• 5.1 主要的结论
• 5.2 今后的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果