高速加載下金屬顆粒接觸過程的影響因素分析.pdf

1、粉末在高速壓制過程中，顆粒間的接觸過程極其復(fù)雜，研究粉末顆粒接觸過程可以很好地揭示粉末成形致密化的機(jī)理。本文采用離散單元方法，利用顆粒流離散元模擬軟件PFC2D，從宏觀及微觀兩個(gè)角度對粉末高速壓制這一過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，探討金屬粉末顆粒接觸過程的影響因素，包括碰撞速度、摩擦因數(shù)及剪切模量等。同時(shí)利用分離式霍普金森壓桿裝置，對粉末顆粒進(jìn)行了高應(yīng)變率下的沖擊加載實(shí)驗(yàn)，分析了預(yù)壓后粉末壓坯的動態(tài)力學(xué)性能。
　?。?）采用離散單元方法，結(jié)

2、合PFC進(jìn)行粉末高速壓制過程的數(shù)值模擬，從力鏈的角度分析了壓制過程中接觸力的傳遞情況。數(shù)值模擬結(jié)果表明：壓制過程明顯地表現(xiàn)出顆粒重排和滑移、彈性變形和彈塑性變形這三個(gè)階段；力鏈對外部荷載的變化非常敏感，微小的擾動均可以使力鏈發(fā)生斷裂和重組，力鏈網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)造也從圓形逐漸變?yōu)闄E圓形。對壓制過程中粉末壓坯內(nèi)部顆粒的位移進(jìn)行跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)：在壓制方向上，粉末體頂層的顆粒最先移動，然后逐步向下運(yùn)動，不同高度處的顆粒位移也不盡相同；外層顆粒由于受到

3、模壁摩擦及顆粒間摩擦的雙重作用，位移量比內(nèi)部顆粒要小。
　?。?）從微觀層面入手，建立了三顆粒碰撞模型，探討顆粒碰撞過程中接觸力傳遞的影響規(guī)律，研究表明：模壁摩擦系數(shù)-1的大小幾乎不影響顆粒的接觸力及碰撞時(shí)間；顆粒間的摩擦系數(shù)-2會同時(shí)影響法向及切向接觸力大小，2越大，切向接觸力越大，法向接觸力越小。當(dāng)2超過一定值時(shí)，不再影響接觸力的變化。顆粒在碰撞過程中會發(fā)生轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致切向接觸力大小和方向均發(fā)生變化。在碰撞的起始及收尾階段，顆粒

4、處于滑動摩擦狀態(tài)，而中間階段則因處于靜摩擦狀態(tài)，顆粒發(fā)生了轉(zhuǎn)動。且碰撞速度越大，顆粒間法向重疊量就越大，相應(yīng)的接觸力峰值也越大，接觸作用時(shí)間則越短。剪切模量的不同會影響到顆粒之間的力的傳遞情況，剪切模量越大，碰撞接觸作用時(shí)間越短，但產(chǎn)生的接觸力峰值越大。
　?。?）利用分離式霍普金森壓桿裝置，設(shè)計(jì)了適用于粉末的裝粉裝置，選取了三種粉末進(jìn)行了不同應(yīng)變率下的沖擊加載實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明銅粉和鐵粉壓坯在不同的SHPB加載條件下，均表現(xiàn)出了較為