【摘要】：為了縮短設計周期、降低產品成本、提高粉末冶金制品的質量,將數(shù)值仿真技術引入工藝設計并對粉末成形過程中的缺陷進行預測分析是必然趨勢。粉末壓制成形數(shù)值模擬需要準確的本構模型。目前,基于廣義塑性力學建立的本構模型在粉末成形數(shù)值模擬方面具有更好的準確性,但由于模型復雜且參數(shù)較多,一般需要通過各種壓坯強度實驗、模壓實驗以及三軸實驗來確定本構中的各個參數(shù)。本文提出一種廣義塑性力學模型參數(shù)的反演優(yōu)化方法,實現(xiàn)本構模型參數(shù)的快速獲取。為提高建模效率,基于Python語言的ABAQUS二次開發(fā),將模型參數(shù)化。論文主要研究內容和成果如下:1.建立了適用于本文所用金屬材料成形的密度相關的廣義塑性力學屈服模型,即修正的Drucker-Prager Cap屈服模型。以ASC100.29金屬粉末為實驗材料,通過模壓實驗、巴西圓盤實驗和單軸壓縮實驗對材料參數(shù)進行標定,并對巴西圓盤實驗和單軸壓縮實驗得到的曲線進行分析。2.基于ABAQUS-MATLAB聯(lián)合仿真平臺,利用復合形優(yōu)化算法,以數(shù)值模擬與實驗壓制力數(shù)據的差異性形成目標函數(shù),對其進行最小化,獲取本構模型參數(shù)。以ASC100.29金屬粉末為例,對材料參數(shù)進行反演優(yōu)化,結果表明優(yōu)化出的材料參數(shù)與實驗得到的參數(shù)基本吻合,優(yōu)化得到的成形壓制力與實驗曲線基本一致,驗證了優(yōu)化方法的準確性。對Ag57.6-Cu22.4-Sn10-In10混合金屬粉末的材料參數(shù)進行優(yōu)化計算,通過粉末成形壓制力和相對密度模擬結果與文獻實驗結果對比,進一步驗證了聯(lián)合反演優(yōu)化方法的可行性。3.基于Python語言的ABAQUS二次開發(fā),將模型參數(shù)化,通過改變關鍵參數(shù)即可改變研究變量,避免大量重復性的建模工作,實現(xiàn)不同尺寸的模型的快速建立。
【圖文】：

得到一個在ｒ平面上內切Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ準則六邊形的米塞斯圓。提出的新的屈服逡逑準則為最早的Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服準則，其屈服面與Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服面間的關系逡逑如圖１－１所示，屈服準則公式為：逡逑Ｆ邋＝邋ａＪ｝＋（ｊ２ｆ２－Ｋ邋＝邋０邐式（１－５）逡逑其中：逡逑ａ＝邋ｒ邋ｆｍ＜Ｐ．邐式（１－６）逡逑Ｖ２ｙ３＋ｓｉｎ逡逑Ｋ＝ｆｃ邋ｃｏｓｉｐ邐式（１７）逡逑－＞／３Ｈ－ｓｉｎ２邋ｑ＞逡逑在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服準則中，確定系數(shù)ａ、ＡＴ的方法有很多種。根據Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ逡逑屈服準則和Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服準則在偏平面的相對位置關系可以得到系數(shù)ａ、夂的逡逑不同表達方式。這些不同的表達方式產生新的屈服準則，這類屈服準則一般被稱為廣逡逑義的米塞斯屈服準則。逡逑在金屬粉末壓制成形過程中的壓力要遠遠大于巖土力學中的壓力，如果仍采用上逡逑述屈服準則會使體積增加，與實際情況產生一定差異。針對這一問題，Ｄｍｃｋｅｒ＾ｌ等逡逑人在１９５７年又提出了彈塑性材料硬化模型。此模型的原理是在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ模型面逡逑上加一個帽子面。逡逑１９６８年，Ｒｏｓｃｏｅ和Ｂｕｒｌａｎｄ［２１］將土體假設為加工硬化材料，并根據能量方程建立逡逑了劍橋（Ｃａｍ－Ｃｌａｙ）模型，之后又對劍橋模型進行了修正。該模型的屈服表面形狀為逡逑橢球形

表示三軸拉伸強度和三軸壓縮強度之間的比值，該比值反映了中間主應力對屈逡逑服的影響。研宄過程中，為了保證屈服面是凸面，尺的需要在０．７７８？１．０之間。尺的逡逑取值不同，其屈服面在；ｒ平面上的形狀也會不同，如圖２－２所示。當尺邋＝１時，那么有逡逑／邋＝心此情況下，，屈服面在ｔｔ平面上的形狀稱為米塞斯圓。逡逑個＆逡逑Ｃｕｒｖｅ邋Ｋ逡逑圖２－２偏應力平面內的屈服面逡逑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兩個用途：它限制了屈服面的靜水應力，從而提供了一種表示逡逑塑性壓縮的非彈性硬化機制。它有助于控制體積膨脹，在Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ剪切破壞面逡逑和過渡曲面中，當材料在剪切中屈服時，由于材料的屈服而產生的非彈性體積增大，逡逑使其軟化。帽子屈服面的硬化或軟化作為體積塑性應變的函數(shù)：體積塑性壓縮（在帽逡逑上面屈服時）會導致硬化，而體積塑性膨脹（在剪切破壞表面屈服時）會導致軟化。逡逑帽子屈服面寫為：逡逑￣Ｒ（ｄ＋Ｐ＾）＝Ｇ邐式（２－７）逡逑式中ｉ？（取值范圍０．０００１－１０００）是控制帽子形狀的材料參數(shù)；Ｃ（是一個很小的數(shù)，逡逑用來定義剪切破壞面和帽子面之間的平滑過渡面。＆是一個演化參數(shù)，Ｍ稱為壓縮屈逡逑服平均應力。硬化／軟化定律是一個關于壓縮屈服平均應力和相應體積非彈性應變的用逡逑戶定義的分段性函數(shù)。這里只考慮塑性體積應變：逡逑ｐｂ＝ｆ｛＜）邐式（２－８）逡逑體積塑性應變可以表示為：逡逑（邋＼逡逑ｓｆ邋＝邋］ｎ邐式（２－９）逡逑Ｖ＾0邋／逡逑其中ｐ是當前相對密度
【學位授予單位】：天津科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TF124.3

【參考文獻】

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本文編號：2618166