Моделювання процесів формоутворення виробів з порошкових та пористих матеріалів
DOI:
https://doi.org/10.36910/4293-52779-2025-17-02-05Ключові слова:
ресурсозберігаючі технології, порошкова металургія, дисперсні системи, порошкові матеріали, пористі заготовки, пластичність, обробка тиском, моделювання, метод скінчених елементівАнотація
Розроблена математична модель процесів формоутворення структурно-неоднорідних пористих матеріалів, яка включає аналітичну, алгоритмічну та цифрову моделі. Використовуються співвідношення теорії пластичності пористого тіла, які, на відміну від існуючих, дозволяють описувати деформування як порошкових матеріалів, так і пористих заготовок. Моделювання виконано методом скінчених елементів. Розглянуто пластичну та пружно-пластичну поведінку матеріалу. Розв'язок задач деформування виконувався покроково, методом послідовних навантажень. На кожному з етапів необхідні параметри моделі визначалися в результаті ітераційного процесу. Алгоритмічні моделі були реалізовані у вигляді відповідних цифрових моделей. Цифрова модель пластичного деформування має наступні основні блоки: препроцесор, модуль моделювання та постпроцесор. Передбачена можливість використання існуючих програм геометричного моделювання, а також програм пре- і пост- процесорної обробки даних. Цифрова модель пружно-пластичного деформування була реалізована у вигляді підпрограм, які були імплементовані в програмні системи моделювання методом скінчених елементів. Для перевірки адекватності розроблених цифрових моделей проведено порівняння отриманих результатів з експериментальними даними та результатами моделювання інших авторів. Порівняння виконано для процесів двобічного пресування порошків та вільної осадки пористих циліндричних заготовок. Досліджені закономірності деформування пористих заготовок під час радіального ущільнення по внутрішньому діаметру. Деформування проводилося за два проходи. Встановлено, що деформація матеріалу відбувається локально. Показано вплив кількості проходів на еволюцію параметрів, що визначають властивості виробів.
Посилання
[1] He Y., Wang Z., Evans T.J., Yu A.B., Yang R.Y. DEM study of the mechanical strength of iron ore compacts. Int. J. Miner. Process. 2015. Vol. 142. P. 73–81.
[2] Martin C. L., Bouvard D. and Shima S. Study of particle rearrangement during powder compaction by the discrete element method. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2003. Vol. 51, Issue 4. P. 667-693.
[3] Martin C. L., Bouvard D., Delette G. Discrete element simulations of the compaction of aggregated ceramic powders. Journal of the American Ceramic Society. 2006. Vol. 89, Num. 11, P. 3379-3387.
[4] Феноменологические теории прессования порошков / М. Б. Штерн, Г. Г. Сердюк, Л. А. Максименко и др. Киев: Наукова думка, 1982. 140 с.
[5] Roscoe K.H., Schofield A.N., Wroth C.P. On the yielding of soils. Géotechnique. 1958. Vol. 8, Issue 1. P. 22‒53.
[6] Drucker D. C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis or limit design. Q. Appl. Math. 1952. Vol. 10. P. 157‒165.
[7] DiMaggio F.L., Sandler I.S. Material model for granular soils. J. Eng. Mech. Div., ASCE, 1971. Vol. 97, Issue 3. P. 935‒950.
[8] Грин Р. Дж. Теория пластиности пористых тел. Механика, 1973. № 4. C. 109 - 120.
[9] Мартынова И. Ф., Штерн М. Б. Уравнение пластичности пористых тел, учитывающие истинные деформации металла основы. Порошковая металлургия. 1978. № 1. C. 23-29.
[10. Shima S., Oyane M. Plasticity theory for porous metals. Jut. Y. Mech. Sciences. 1976. V. 18. Vol. 6. P. 285-291.
[11] M. B. Shtern, O. V. Mikhailov, A. O. Mikhailov, Theory and technology of forming process generalized continuum model of plasticity of powder and porous materials, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Vol. 60, Nos. 1-2, May, 2021 (Russian Original Vol. 60, Nos. 1-2, Jan.-Feb., 2021. – pp. 27-44). - pp.20-36 DOI: 10.1007/s11106-021-00211-7
[12] GID. The personal pre and post processor developed by the International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE, Barcelona, Spain). URL: https://www.gidsimulation.com/ (дата звернення 01.07.2024).
[13] SolidWorks. (Dassault Systèmes, France). URL: https://www.3ds.com/products-services/solidworks/ (дата звернення 01.07.2024).
[14] Abaqus. Unified FEA. (Dassault Systèmes, France). URL: https://www.3ds.com/products-services/simulia/products/abaqus/ (дата звернення 01.07.2024).
[15] LS-DYNA. (LST, USA). URL: https://www.lstc.com/ (дата звернення 28.06.2024).
[16] Kwon Y. S., Lee H. T., Kim K. T. Analysis for Cold Die Compaction of Stainless -Steel Powder. Journal of Engineering Materials and Technology, 1997. Vol. 119, Issue 4. P. 366 - 373.
[17] Fischmeister H. F., Arén B., Easterling K. E. Deformation and densification of porous preforms in hot forging. Powder metallurgy. 1971. Vol. 14, Issue 27. P. 144-163.
[18] Михайлов А.О., Штефан Є.В., Михайлов О.В. Моделювання процесів виготовлення тонкостінних втулок з поруватих заготовок з використанням прямого видавлювання та радіального ущільнення. Успіхи матеріалознавства. Київ: ІПМ ім. І. М. Францевича НАН України, 2023. № 7. C.19 - 26. DOI: 10.15407/materials2023.07.002
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Михайлов А. О., Штефан Є. В., Михайлов О. В., Штерн М. Б.
TЦя робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
