本文關(guān)鍵詞：離散粉體充填薄壁管的高頻振動輔助擠壓變形行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在機(jī)械制造以及建筑等領(lǐng)域,常常涉及內(nèi)部填充離散介質(zhì)的薄壁中空型材的變形問題,如超導(dǎo)線材的PIT制備、管材固體顆粒介質(zhì)成形等。這類復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體變形是一個多因素耦合作用的復(fù)雜力學(xué)過程,涉及管坯自身的彈塑性變形、內(nèi)腔粉體或顆粒的流動與變形,以及粉體與管壁的相互作用等,目前對這類問題的認(rèn)識還十分有限,實(shí)踐中也缺乏有效的理論指導(dǎo)。例如,在超導(dǎo)材料制備時,常常由于工藝參數(shù)的選擇不合理而造成斷裂等失效。已有研究表明,將振動施加到包括超導(dǎo)材料PIT制備等各種材料成形過程中,可以顯著提高成品率和質(zhì)量。為此,本文研究了準(zhǔn)靜態(tài)和振動狀態(tài)下粉體填充金屬管的正擠壓變形,重點(diǎn)分析了載荷、整體變形特征、成形后的粉體密度與均勻性等問題。主要工作與結(jié)論如下:(1)利用物理實(shí)驗(yàn)、解析分析和數(shù)值模擬,分析了薄壁管準(zhǔn)靜態(tài)擠壓和拉拔過程中管坯內(nèi)腔容積的變化。結(jié)果表明,在薄壁管的擠壓、拉拔等“縮徑類”變形過程中,在內(nèi)徑減小、軸向長度增加以及壁厚變化等方面的綜合影響下,管坯內(nèi)腔的容積會減小,且減小程度與模具錐角、摩擦、擠壓比、相對壁厚和材料特性有關(guān);管內(nèi)容積的減小,使得粉體受到較大的三軸壓力(靜水壓力),從而促進(jìn)粉體的致密化。(2)研究了充填鐵粉、鋼球兩種不同離散介質(zhì)的鋁合金薄壁管,在不同摩擦條件下正擠壓的變形特征,發(fā)現(xiàn):充填物使得鋁合金薄壁管的正擠壓力增加,但充填顆粒度較大鋼球顆粒的管坯,擠壓力-行程曲線有較明顯的跳躍;三向壓力使粉體致密,靜水壓力和相對密度間存在正比例的對應(yīng)關(guān)系;應(yīng)力三軸度可反映粉體擠壓過程的受力狀態(tài),與粉體相對密度有一定對應(yīng)關(guān)系;擠壓后的壓實(shí)粉體的顯微硬度測試表明,密度分布存在不均勻性,自錐面處向下粉體相對密度先增加后減小;管坯材料的厚向異性指數(shù)對內(nèi)部粉體的致密有一定影響。(3)利用改裝直剪儀,測試了高頻激振下氧化鐵粉與鉻鉬合金鑄鋼球的摩擦角,表明振動有助于粉體的流動,使得動態(tài)摩擦角降低,且氧化鐵粉摩擦角比鉻鉬合金鑄鋼球摩擦角降低更多;振動擠壓數(shù)值模擬表明,不論是管坯與模具間還是粉體與管坯間,動態(tài)擠壓的摩擦應(yīng)力遠(yuǎn)小于準(zhǔn)靜態(tài)擠壓;準(zhǔn)靜態(tài)正擠壓在變形初期靜水壓力增加較慢,而動態(tài)正擠壓開始后靜水壓力就迅速增大;與準(zhǔn)靜態(tài)擠壓相比,加載超聲振動的粉體靜水壓力更大。(4)由于振動“體積效應(yīng)”和“表面效應(yīng)”共同作用的結(jié)果,使得離散體充填管的擠壓載荷下降,且振幅越大、載荷降低越多。施加振動能夠得到更高致密程度的管內(nèi)粉體,且管壁厚分布更均勻。相同振幅下,管充填氧化鐵粉比充填鉻鉬合金鑄鋼球的擠壓載荷減少幅度更大。
【關(guān)鍵詞】：薄壁管 離散粉體 振動 耦合變形 靜水壓力
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.3;TG376
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 數(shù)學(xué)解析符號表9-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 課題的提出及意義10
• 1.2 離散介質(zhì)填充薄壁中空型材的整體變形研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 超聲波輔助成形簡介12-14
• 1.3.1 超聲振動對連續(xù)體的作用12-13
• 1.3.2 超聲振動對對非連續(xù)體的作用13-14
• 1.3.3 超聲振動對管坯和粉體的耦合變形作用14
• 1.4 課題的研究目的及內(nèi)容14-16
• 1.4.1 課題研究目的14-15
• 1.4.2 課題的研究內(nèi)容15-16
• 2 薄壁管正擠壓內(nèi)腔體積變化研究16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 薄壁管正擠壓內(nèi)腔容積變化數(shù)學(xué)解析16-18
• 2.3 薄壁管坯有限元模擬與物理實(shí)驗(yàn)18-19
• 2.3.1 薄壁管擠壓有限元模擬18-19
• 2.3.2 薄壁管擠壓物理實(shí)驗(yàn)19
• 2.4 模擬結(jié)果分析19-21
• 2.4.1 薄壁管坯壁厚變化19-21
• 2.4.2 薄壁管坯內(nèi)腔體積變化影響因素21
• 2.5 薄壁管拉拔結(jié)果分析21-22
• 2.6 小結(jié)22-24
• 3 離散粉體充填薄壁管的準(zhǔn)靜態(tài)擠壓24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 離散粉體摩擦角測試實(shí)驗(yàn)24-25
• 3.3 薄壁管充填離散粉體靜態(tài)正擠壓有限元模擬25-27
• 3.4 離散粉體充填薄壁管正擠壓實(shí)驗(yàn)27-28
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果28-31
• 3.5.1 載荷-行程曲線分析28-29
• 3.5.2 管坯與離散粉體的相互作用分析29-30
• 3.5.3 管坯與離散粉體的相互作用分析30-31
• 3.6 應(yīng)力三軸度等對靜水壓力的影響31-33
• 3.7 耦合體準(zhǔn)靜態(tài)拉拔數(shù)值模擬33-34
• 3.8 本章小結(jié)34-36
• 4 離散粉體充填薄壁管的振動輔助擠壓數(shù)值模擬36-45
• 4.1 引言36
• 4.2 有限元模擬準(zhǔn)備36-40
• 4.2.1 有限元模擬關(guān)鍵問題36-37
• 4.2.2 超聲振動下粉體摩擦角的測定37-39
• 4.2.3 有限元模擬具體參數(shù)設(shè)置39-40
• 4.3 耦合體振動擠壓模擬結(jié)果40-43
• 4.3.1 摩擦應(yīng)力的分析40-41
• 4.3.2 靜水壓力的分析41-42
• 4.3.3 管坯壁厚分布42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-45
• 5 離散粉體充填薄壁管振動輔助擠壓實(shí)驗(yàn)45-50
• 5.1 引言45
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方案45-46
• 5.3 離散粉體充填管坯的振動輔助正擠壓46-49
• 5.3.1 薄壁管坯充填不同離散體正擠壓結(jié)果46-48
• 5.3.2 動態(tài)正擠壓粉體硬度變化48-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 6 結(jié)論及展望50-52
• 6.1 結(jié)論50-51
• 6.2 工作展望51-52
• 致謝52-53
• 參考文獻(xiàn)53-58
• 附錄58
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄58
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄58

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本文編號：298498