粉末冶金零件压制成形本构参数反演优化及参数化模拟

摘要

为了缩短设计周期、降低产品成本、提高粉末冶金制品的质量，将数值仿真技术引入工艺设计并对粉末成形过程中的缺陷进行预测分析是必然趋势。粉末压制成形数值模拟需要准确的本构模型。目前，基于广义塑性力学建立的本构模型在粉末成形数值模拟方面具有更好的准确性，但由于模型复杂且参数较多，一般需要通过各种压坯强度实验、模压实验以及三轴实验来确定本构中的各个参数。本文提出一种广义塑性力学模型参数的反演优化方法，实现本构模型参数的快速获取。为提高建模效率，基于Python语言的ABAQUS二次开发，将模型参数化。论文主要研究内容和成果如下: 1.建立了适用于本文所用金属材料成形的密度相关的广义塑性力学屈服模型，即修正的Drucker-Prager Cap屈服模型。以ASC100.29金属粉末为实验材料，通过模压实验、巴西圆盘实验和单轴压缩实验对材料参数进行标定，并对巴西圆盘实验和单轴压缩实验得到的曲线进行分析。 2.基于ABAQUS-MATLAB联合仿真平台，利用复合形优化算法，以数值模拟与实验压制力数据的差异性形成目标函数，对其进行最小化，获取本构模型参数。以ASC100.29金属粉末为例，对材料参数进行反演优化，结果表明优化出的材料参数与实验得到的参数基本吻合，优化得到的成形压制力与实验曲线基本一致，验证了优化方法的准确性。对Ag57.6-Cu22.4-Sn10-In10混合金属粉末的材料参数进行优化计算，通过粉末成形压制力和相对密度模拟结果与文献实验结果对比，进一步验证了联合反演优化方法的可行性。 3.基于Python语言的ABAQUS二次开发，将模型参数化，通过改变关键参数即可改变研究变量，避免大量重复性的建模工作，实现不同尺寸的模型的快速建立。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1引言

1．2．1烧结体塑性力学模型及应用

1．2．2广义塑性力学模型及应用

1．2．3微观力学模型及应用

1．2．4内蕴时间模型及应用

1．2．5方法评价

1．3．1单纯形法

1．3．2复合形法

1．3．3神经网络算法

1．3．4遗传算法

1．3．4方法评价

1．4主要研究内容

2金属粉末压制成形过程广义塑性力学材料模型

2．1．1屈服面

2．1．2塑性势面

2．1．3 模型用法

2．2 材料模型参数的确定

2．2．1 内聚力d 和摩擦角β

2．2．2参数R、Ra、Pb

2．2．3弹性模量E和泊松比v

2．3实验及数据处理

2．3．1 模压试验

2．3．2巴西圆盘实验

2．3．3单轴压缩实验

2．3．4材料模型参数的计算

2．4本章小结

3 ABAQUS-MATLAB联合仿真反演优化金属粉末本构模型参数

3．1反演优化方法

3．1．1 ABAQUS-MATLAB联合仿真的优化方法

3．1．2复合形法的应用

3．1．3反演优化的关键问题

3．2．1有限元模型的建立

3．2．2结果与讨论

3．3对A957．6-Cu22．4-Sn10-ha10混合金属粉末的材料参数进行反演优化

3．3．1有限元模型的建立

3．3．2结果与讨论

3．4本章小结

4粉末冶金零件压制成形参数化模拟

4．1二次开发的基本原理

4．1．1 ABAQUS二次开发的研究与发展趋势

4．1．2 ABAQUS与Python

4．1．3二次开发软件集成方式的确定

4．2参数化分析实例

4．2．1金属粉末压制成形模型参数化建模过程

4．2．2结果分析

4．3本章小结

5结论

5．1全文总结

5．2论文的创新点

5．3论文的不足之处

6展望

参考文献

8攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢