金属粉末轧制的力学模型及数值模拟研究
冶金工程中的冶金反应数值模拟方法研究
冶金工程中的冶金反应数值模拟方法研究冶金工程是指对金属和非金属矿石进行加工、提纯和合金化的工程领域。
在冶金工程过程中，冶金反应是不可或缺的环节。
为了更好地理解和优化冶金过程，研究人员一直致力于发展冶金反应数值模拟方法。
本文将介绍冶金工程中常用的冶金反应数值模拟方法，分析其原理和应用。
1. 热力学模拟方法热力学模拟方法是基于热力学原理，通过计算反应体系的热力学平衡状态，预测反应过程的变化趋势和最终结果。
该方法通常使用热力学软件，例如FactSage、Thermo-Calc等。
热力学模拟方法能够准确地确定反应物质的热力学性质、平衡温度和反应生成物的组成。
它在冶金工程中广泛应用于矿石还原、熔炼和合金化等过程的优化设计和操作控制。
2. 流体动力学模拟方法流体动力学模拟方法是通过求解流体动力学方程组，模拟冶金过程中液相流动、气泡运动和物质传输等现象。
该方法常用的数值模拟软件有FLUENT、ANSYS CFX等。
流体动力学模拟方法能够模拟冶金反应体系中的流体流动和传热过程，帮助优化冶金反应器的设计和操作条件。
3. 结构力学模拟方法结构力学模拟方法是通过求解结构力学方程，模拟冶金反应过程中的应力和变形现象。
该方法常用的数值模拟软件有ABAQUS、ANSYS等。
结构力学模拟方法能够模拟冶金反应器中的力学性能和损伤行为，帮助改善冶金反应器的结构设计和材料选择。
4. 多物理场耦合模拟方法多物理场耦合模拟方法是综合运用热力学、流体动力学和结构力学等方法，模拟冶金反应过程中的多种物理现象的相互影响。
该方法常用的数值模拟软件有COMSOL Multiphysics、ANSYS Workbench等。
多物理场耦合模拟方法能够更全面地揭示冶金反应过程中的物理规律和相互关系，为优化冶金工程提供全面的参考。
5. 人工智能模拟方法人工智能模拟方法是近年来发展起来的一种新型模拟方法，它基于机器学习和深度学习等技术，通过训练模型来模拟冶金反应过程。
钛合金粉末成形技术及数值模拟研究
钛合金粉末成形技术及数值模拟研究马玉龙;周晚林;王昕【摘要】This paper makes a study of the effect of the temperature and pressure on the densification of TC4 powder and the effect of different pressing conditions on the sample density distribution.The results show that the friction of the mold wall in the process of powder forming causes the difference of the relative density distribution;The simulation of the cylinder specimen pressing process,points to conclusion that the density distribution of the samples along the pressing axis is non-uniform and this result is consistent with the result predicted by finite element analysis.%对TC4粉末压制成形过程中温度和压力对压胚密度的影响进行研究.同时,研究了不同压制条件对压胚密度分布的影响.结果表明,粉体成形过程中模壁摩擦导致了相对密度分布的不同;通过对圆柱体试样压制过程的模拟验证表明,样品沿挤压轴方向上密度分布不均匀,与有限元分析结果一致.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)003【总页数】4页(P140-143)【关键词】钛合金;粉末成形;数值模拟【作者】马玉龙;周晚林;王昕【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京210000;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210000;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210000【正文语种】中文【中图分类】TP391.9钛及钛合金在20世纪中期逐渐发展成为一种重要金属，因其密度低，比强度高、抗腐蚀性，被广泛应用在航空、航天、汽车等很多领域[1-3]。
粉末压制过程数值模拟的研究现状及展望
2.模拟结果与实验结果存在一定差异。这主要是由于实验过程中存在的因素， 如实验条件、粉末的物理性质和压制工艺参数等的影响。因此，在进行数值模 拟时，需要考虑这些因素对模拟结果的影响。
3.目前粉末压制过程数值模拟的研究还存在一些挑战，如如何提高模拟精度、 如何处理复杂边界条件等。未来的研究应该这些挑战，并提出有效的解决方案。
三、模拟方法及过程
粉末压制过程数值模拟的方法主要包括三个步骤：建立模型、进行模拟计算和 结果分析。
首先，需要根据实际情况建立合适的数学模型，包括粉末的本构方程、压制过 程中的边界条件等。然后，利用模拟软件（如ANSYS、FLUENT等）对数学模型 进行离散化处理，并将处理后的数据输入计算机进行模拟计算。
参考内容三
粉末压制成形最早可以追溯到20世纪初，当时这种方法主要应用于陶瓷和金属 材料的制备。随着科技的不断进步，粉末压制成形的应用领域逐渐扩展到药物、 催化剂、电子元器件等领域。粉末压制成形的基本原理是将粉末原料均匀混合， 然后将其放入模具中，在一定压力下压制成型，最后经过烧结或其它处理工艺 得到最终产品。
2.针对复杂边界条条件对于模拟结果的准确性至关重要。 3.粉末特性研 究。粉末的物理和化学性质对于粉末压制过程有着重要影响。未来的研究应该 更加粉末特性的研究，以便更好地描述和预测粉末压制过程。 4.压制工艺参 数优化的研究。粉末压制工艺参数对于压坯的性能有着重要影响。
为了对陶瓷粉末压制成型过程进行数值模拟，我们采用了有限元分析软件 ANSYS，结合实际实验数据，建立了陶瓷粉末压制成型的有限元模型。模型中 考虑了材料的弹性变形、塑性变形和热传导等因素，采用位移控制的方式对压 制过程进行模拟。在模拟过程中，通过调整压制压力、压制速度、烧结温度等 参数，研究了其对陶瓷粉末压制成型过程的影响。
金属冶炼中的数值模拟与模型预测
模型预测在金属冶炼中的优势与局限性
模型简化与误差
为了简化计算和提高计算效率，模型通常会做出一些假设和简化 ，可能导致预测结果存在误差。
数据需求
建立精确的模型需要大量的实验数据和参数支持，数据获取可能存 在困难。
计算资源要求
环保监测
通过数值模拟与模型预测技术对金属冶炼过 程中的环境影响进行监测和评估，为环保决 策提供科学依据。
提高数值模拟与模型预测技术应用效果的措施与建议
01
加强人才培养
培养具备数值模拟与模型预测技 术的专业人才，提高技术应用水 平。
02
强化技术研发
03
建立标准体系
持续投入资源进行数值模拟与模 型预测技术的研发和创新，保持 技术领先优势。
模型预测通常需要高性能计算机和专业的数值计算软件，对计算资 源要求较高。
04
金属冶炼中的数值模拟与 模型预测的未来发展
数值模拟与模型预测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的 快速发展，数值模拟与模型预测 将更加智能化，能够自动识别和 解决复杂问题。
精细化
随着计算能力的提升和数值方法 的改进，数值模拟与模型预测将 更加精细化，能够处理更复杂、 更高精度的模型。
基于物理定律和数学方程，通过计算机程序建立数学模型， 将实际生产过程中的复杂物理和化学变化转化为可计算的数 学问题。通过求解这些数学问题，可以得到各种工艺参数和 性能指标。
数值模拟在金属冶炼中的应用领域
熔炼过程模拟
连铸过程模拟
模拟金属熔炼过程中的传热、传质、化学 反应等过程，预测金属的熔化温度、熔体 成分、温度分布等参数。
轧制参数计算模型及其应用(一)
轧制参数计算模型及其应用(一)轧制参数计算模型及其应用概述轧制参数计算模型是一种用于计算轧机工艺参数的数学模型，通过模拟折弯、伸拉和扭转等过程，计算出轧制板材的几何形状和力学性能。
该模型在轧机设计、质量控制和工艺优化等方面具有广泛应用。
模型构建材料模型轧制板材的力学性能由材料性能决定，因此必须首先确定材料模型。
常用的材料模型有等效应力模型和本构模型。
轧制力学模型轧制力学模型可分为几何模型和力学模型。
几何模型是指轧制板材的形状和尺寸模型，力学模型是指轧制板材的应力、应变和塑性变形模型。
数值模拟方法常用的数值模拟方法有有限元法、边界元法和有限差分法。
其中，有限元法是最常用的方法，具有高精度、高效率和高稳定性等优点。
应用轧机设计轧机设计中需要确定轧制力学参数，以控制轧制板材的形状和力学性能。
轧制参数计算模型可以提供合理的轧制参数，以满足不同尺寸、材质和工艺需求。
质量控制轧制板材的质量受多种因素影响，如轧制力、轧制速度和冷却方式等。
轧制参数计算模型可以提供轧制板材的几何形状和力学性能参数，以确定轧制质量是否符合要求。
工艺优化轧制工艺中的轧制参数可以影响轧制板材的形状、尺寸和力学性能。
轧制参数计算模型可以提供不同轧制参数对轧制板材性能的影响程度，以优化轧制工艺，提高生产效率和产品质量。
结论轧制参数计算模型是一种重要的数学模型，可以为轧机设计、质量控制和工艺优化等方面提供重要参考，促进轧制生产技术的发展和进步。
发展方向随着轧制技术的不断发展和进步，轧制参数计算模型也在不断完善和提高。
未来，轧制参数计算模型的发展方向主要包括以下几个方面：•更精确的材料模型，使得轧制参数计算模型能够更好地预测轧制板材的性能特征；•更高效的数值计算方法，以提高计算效率并降低计算成本；•精细化的轧制力学模型，以更真实地模拟轧制板材的变形和应力分布；•基于机器学习和人工智能的轧制参数计算模型，使得模型能够“自学习”，更好地适应复杂的轧制工艺。
材料成型中的热力学模型与数值模拟
材料成型中的热力学模型与数值模拟材料成型是现代工业中不可或缺的一环，它涉及到各种材料的加工和成型过程。
在材料成型过程中，热力学模型和数值模拟成为了重要的工具，用于预测和优化材料的成型过程。
本文将探讨材料成型中的热力学模型与数值模拟的应用。
热力学模型是研究物质在不同温度、压力和组分下的行为的数学模型。
在材料成型中，热力学模型可以用来描述材料的相变、相平衡和热力学性质等。
例如，在金属铸造过程中，热力学模型可以用来预测金属的凝固行为和相变过程。
这样的模型可以帮助工程师确定合适的工艺参数，以获得所需的材料性能。
数值模拟是通过计算机模拟材料成型过程的方法。
它基于热力学模型和数值方法，通过离散化和求解方程组来模拟材料的行为。
数值模拟可以用来预测材料的形变、应力分布和温度分布等。
例如，在注塑成型过程中，数值模拟可以用来优化模具设计和注塑工艺参数，以减少缺陷和提高产品质量。
在材料成型中，热力学模型和数值模拟相互关联，相互促进。
热力学模型提供了数值模拟所需的物理参数和边界条件，而数值模拟可以验证和优化热力学模型。
通过这种相互作用，工程师可以更好地理解和控制材料成型过程。
然而，热力学模型和数值模拟也面临着一些挑战和限制。
首先，热力学模型的准确性和适用性是一个关键问题。
不同材料的行为可能存在差异，需要根据具体情况选择合适的模型。
其次，数值模拟的计算精度和计算效率也是一个挑战。
材料成型过程通常涉及复杂的物理和几何变化，需要精细的离散化和求解算法。
此外，数值模拟还需要大量的计算资源和时间。
为了解决这些问题，研究人员不断改进和发展热力学模型和数值模拟方法。
他们通过实验数据的验证和改进，提高模型的准确性和适用性。
同时，他们还开发了高效的数值算法和计算技术，以提高计算精度和计算效率。
这些努力为材料成型的研究和应用提供了更可靠和有效的工具。
总之，材料成型中的热力学模型和数值模拟在工业生产和科学研究中起着重要的作用。
它们帮助工程师预测和优化材料的成型过程，提高产品质量和生产效率。
粉末压制成型数值模拟的建模方法综述
压 制数值 模拟 的建模 核 心 是 建立 合 适 的屈 服 准则 。连 续 介 质 力学建 模方 法 的主要研 究 任 务是 ， 如 何 建立 能 够客 观 、 准
确 描 述 粉 末 体 压 制 行 为 的 屈 服 函 数 。 目前 ， 基 于 连 续 介 质
力 学 的 建 模 方 法 主 要 有 金 属 塑 性 力 学 和 土 塑 性 力 学 ２类 ，
模 途径进 行 了展望 。 关键 词 ： 粉末 压制成 型 ； 屈 服 准则 ； 建模
０ 引言
粉 末 冶金 技 术 是 材 料 设 计 领 域 的一 项 新 技 术 ， 目前 已广 泛
ｅ ｒ － Ｐ ｒ ａ ｇ ｅ ｒ 等 。一 些 研 究 结果 表 明 ， 运 用 这些 屈 服 准 则 获 得 的模 拟 结 果 与 实验 结 果 吻合 得 较 好 ］ ， 在 实 际 丁 程 中具 有 良好 的应
Ｇ 。 ｎ ｇ ｕ — ｒ ｓ ｎ ｕ ： 三 至 量 堡 鋈
粉 末 压 制 成 型 数 值 模 拟 的 建 模 方 法 综 述
雷 晓燕
（ 内蒙古 机 电职业技 术学 院机 电工 程系 ， 内蒙 古 呼 和浩特 ０ １ ０ ０ ７ １ ）
摘
要： 重点 论述 了粉末 压 制成 型数值 模拟 过程 中运 用 的各 种建 模方 法 及其 特 点 ， 对可 能 有效 解决 粉末 压 制 成 型数 值模 拟 难 题 的建
学模型 、 孔洞模型等 。离散单元法是通过单个颗粒 的常微分方 程对时间和空间 的积分来求 解粉末 体宏观特 性。该方 法假设
颗 粒 为 刚 性球 体 ， 压 制过程 中不会发 生变形 ， 因此 仅 适 合 硬 质 金 属 粉末 或 塑 性 颗 粒 压 制 的 初 期 。 离 散 有 限 元 模 型 是 离 散 单 元模 型 和有 限元 方 法 的有 机 结 合 ： 对 于 颗 粒 的 刚 性 位 移 采 用 离 散单 元 模 型 ， 而 对 于 颗 粒 的变 形 和嵌 人 采 用 有 限元 方 法 。离 散 有 限 元模 型 的难 点 是 离 散 单 元 模 型 区 域 和 有 限元 区 域 之 间 的 过 渡 区域 的处 理 。 离 散 单 元 模 型 模 拟 的 是 比 分 子 大 得 多 的 颗
轧制力数学模型与在线计算模型
轧制力数学模型与在线计算模型轧制力的计算是轧钢过程控制的核心，其计算精度直接影响着整个轧制过程，是板形板厚设定及其控制的基础。
因此，国内外以轧制力的计算为核心开展了大量的研究，主要采用以下几种方法来进行轧制力计算的研究。
根据塑性力学原理分析轧制过程变形区内的应力状态与变形规律，确定接触弧上单位压力P 的分布规律及大小；由于单位轧制压力在接触弧上的分布是不均匀的，为便于计算，一般接着求解单位轧制压.力的平均值——平均单位轧制压力；最后以确定的平均单位轧制压力和接触面积的乘积来计算轧制压力P的数值。
T.Karman(卡尔曼）和E.Orowan(奥罗万）通过对轧制变形区内的带钢变形所受水平应力的不同假设，推导'出了单位压力的基本方程，即卡尔曼方程和奥罗万方程。
卡尔曼微分方程是，在带材轧制情况下，在变形区内取一单元体doi(宽度为1)，使该单元体的坐标方向与主变形的方向相重合，如图2-37所示，研究单元体上力的平衡条件，可得卡尔曼单位压力微分方程式：奥罗万则认为轧件与轧辊之间是否产生相对滑动，决定于单位摩擦力的大小，当单位摩擦力小于材料剪切屈服极限时，产生相对滑动；而单位摩擦力大于或等于材料剪切屈服极限r，时，不产生相对滑动而出现粘着，并认为热轧时存在粘着现象。
由于粘着现象的存在，奥罗万在变形区内取一个圆弧形小条作为微分体来分析(图2-38)，可得奥罗万单位压力平衡微分方程式：通过对卡尔曼和奥罗万单位压力微分方程作不同的假设与简化（主要是单位摩擦力的大小及分布与接触弧曲线方程的性质），可以得到不同的平均单位轧制压力计算式。
常用的方法有采利柯夫方法、Bland-Ford方法、Sims方法、Stone方法、Ekehmd方法等，以及利用该原理进行改进的方法。
中国冶金行业网在大多数情况下，外摩擦对应力状态的影响是主要的，而大部分计算平均单位压力的理论公式主要是计算的公式。
根据不同的轧制情况，如热轧、冷轧、轧件厚度等，需要采用不同的平均单位压力计算方法。
铝合金冷轧变形行为的数值模拟研究
铝合金冷轧变形行为的数值模拟研究随着现代工业的发展，材料科学和工程日益成为人们关注的焦点。
在材料加工过程中，冷轧是一种常用的加工方法，被广泛应用于钢铁、铝、铜等金属材料的加工中。
在这些材料中，铝合金因其优异的力学性能和轻质化优势，成为现代工业中应用最广泛的材料之一。
因此，研究铝合金的变形行为和性能是十分重要的。
本文将对铝合金冷轧变形行为的数值模拟研究进行探讨。
1. 数值模拟的意义数值模拟可以帮助研究者更好地理解材料的力学性质和变形行为。
在过去，人们通过实验的方式来研究材料的性能，但实验成本高，周期长。
而且有些实验并不可以在实验室中进行。
数值模拟可以在计算机上进行，可以节约大量时间和成本，并且可以对某些实验无法测试的参数进行研究。
2. 铝合金的冷轧变形行为在铝合金的冷轧过程中，主要涉及到三个方面的力：剪切力、法向力和摩擦力。
剪切力和法向力是由轧制辊施加在铝合金上的力，而摩擦力则是由铝合金在轧制辊表面产生的摩擦力。
这些力的作用下，铝合金会发生变形。
在冷轧过程中，铝合金的变形是非常复杂的。
铝合金在受到外力作用后，会发生塑性变形。
而在铝合金塑性变形过程中，局部的微观应力和应变存在很大的不均匀性，这是由于材料的微观成分和摩擦力的影响所导致的。
这些因素使材料表现出动态非均质性和动态大变形。
这些特征在冷轧加工中会影响到铝合金的工艺性和材料性能。
3. 数值模拟的研究方法为了研究铝合金的冷轧变形行为和力学性能，可以使用有限元数值模拟方法（FEM）来模拟和分析其变形行为。
在这种方法中，可以将复杂的实际冷轧加工过程简化成数学模型，并利用计算机的高计算能力对模型进行求解和分析。
在数值模拟中，可以使用不同的材料模型来描述材料的应力-应变关系。
常用的模型有von Mises等效应力模型和Hill的多向流动模型。
这些模型可以更准确地描述材料力学性能，并对材料的实际变形行为进行预测。
此外，数值模拟中还要考虑材料的摩擦力，因为摩擦力对冷轧变形过程的影响也非常重要。
金属材料成型工艺中的数值模拟方法与分析
金属材料成型工艺中的数值模拟方法与分析金属材料的成型工艺在制造业中具有重要的地位，它能够将金属材料通过塑性变形、热压等方式加工成所需的形状和尺寸。
然而，传统的试验方法对于成型工艺的研究和优化存在时间长、成本高、试错率高等问题，因此，数值模拟方法成为了预测和分析金属材料成型工艺的重要手段。
数值模拟方法在金属材料成型工艺中的应用主要包括有限元方法、计算流体力学方法和细观模拟方法等。
其中，有限元方法是最常用的一种数值模拟方法。
有限元方法通过将材料划分成很多个小单元，通过求解场方程和边界条件，可以获得材料的应力、应变、温度等信息。
有限元方法适用于各种类型的金属材料成型工艺，例如拉伸、压缩、弯曲、挤压等。
通过有限元模拟，可以预测金属材料在不同载荷下的变形情况、应力分布和应力集中等。
计算流体力学方法在金属材料成型工艺中的应用相对较少，主要用于模拟金属的液态成型过程，例如压铸、浇铸等。
计算流体力学方法通过求解连续介质的流体动力学方程，可以获得金属液态成型过程中的流动状态、温度分布和应力情况。
这对于优化金属液态成型工艺的参数和工艺条件具有重要的指导意义。
细观模拟方法是一种基于金属材料微观结构的数值模拟方法。
通过对金属材料微观结构的建模和仿真，可以预测金属材料在成型过程中的细观组织演化、相变行为和力学性能等。
细观模拟方法在金属材料成型工艺中的应用越来越广泛，可以用于研究金属材料的晶粒长大、析出相的形成和变化、位错运动等过程，以及金属材料在成型过程中的塑性行为和损伤行为等。
数值模拟方法在金属材料成型工艺中的应用有以下几个优点。
首先，数值模拟方法可以提供一种经济高效的预测和分析手段。
通过数值模拟，可以在工艺实施前对成型工艺进行优化，减少试错次数和成本。
其次，数值模拟方法可以提供一种可重复性强的研究手段。
通过改变模拟条件和参数，可以对成型工艺进行多种不同的预测和分析，帮助研究人员深入了解金属材料的成型机理和行为。
最后，数值模拟方法可以提供一种非常准确的预测和分析结果。
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２ ０ １ ４ 年９ 月
深圳信息职业技术学 院学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Biblioteka Ｖ０ １ ． １ ２ Ｎｏ ． ３
［ 收稿 日期】２ ０ ｌ ４ ＿ ０ ９ 一】 １ ［ 基金项 目】广东省 自然科学基金 面上项 目 （ 项 目编号 ：￥ ２ ０ １ ２ ０ １ ０ ０ ０ ９ ０ ６ ２）；深圳 市科技计 划项 目 （ 项 目编 号：Ｊ Ｃ ２ ０ １ ０ ０ ６ ０ ２ ０ ７ ９ ６ Ａ） ［ 作者简介】刘 明俊 （ １ ９ ７ ９ －），男 （ 汉 ），广东兴宁人 ，副教授 ，博士 。主要研 究方 向 ：计算 机应用 。Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ｍ ｊ ＠ｓ ｚ ｉ ｉ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
数值模拟为粉末成形工艺力能参数的研究提供
的研 究 应 该 考 虑 轧 制 速 度 、轧 辊 直 径 、辊 缝 大 小 了一 种高 效 的手 段 ，也可 以为粉 末成 形 １ 二 艺优 化 及 以及 摩 擦 等 多 种 因素 对 带 坯 的 综 合 影 响 ，但 是 力 成 形 专用 设备 的研制 提供 有 用 的参考 。借 助 于有 限 能参 数 的确 定 和优 化通 常 难于 采 用传 统 的试错 法 准 元 方 法 ，可 以在计 算 中引入 复杂 的力 学模 型及 边 界 确 实现 ，况且 试错 法并 不 具有 通 用性 。力能参 数 的 条 件 ，并 且在 计 算 中可 以方便 地 获得 工艺 参数 。在 确 定 对 指 导 Ｔ 艺 优 化 以及 轧 制 设 备 的研 发 具 有 决 粉 末成 形 数值 模 拟领 域 ， 目前 ，被 广 泛接 受 的一种 定 性 意 义 ，有 必 要 采 用 力 学 模 型 等 定 量 化 的 手 段 假设是把金属粉体系统看作为 “ 可压缩连续体 ”， 进 行 分 析 。 当 前 可 用 于 计 算 粉 末 轧 制 力 能 参 数 的 这样可以借助连续体塑性力学来研究粉末体的变形
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｆ １ ２ ４ ． ３ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
金属 粉 末轧 制是 粉 末冶 金 中一 种非 常重 要 的成 面作 用 有 限 。根 据 他们 的研 究 ，在特 定 条件 下 ，利 形 丁 艺 ，通过 在 两个 反 向旋 转 的轧辊 中将初 始松 散 用这 两 种方 法对 咬 入角 、轧 制力 、轧 制 力矩 及某 些 的粉末 体 轧制 成具 有 一定 密度 及 强度 的带材 。粉 末 参 数 的计 算 可 以获得 较理 想 的结 果 。然 而随 着条 件 轧 制 出来 的带 材组 分 和 密度 均匀 ，性 能 优 良，因此 的复 杂 化 ，解析 模 型 的作用 明显 有 限 ，误 差将 不 断 在 高新 材 料及 特殊 功 能材 料 的制 取 中具 有独 特 的优 放大 。 主要 原 因在 于 ，考 虑 到计 算 的可行 性 ，解 析 势 ，在工 艺 、装置 及力 学模 型方 面有很 多研 究” ］ 。 由 于 粉 末 轧 制 中力 学 性 能 的 复 杂 性 ，更 准 确 模 型对 计 算条 件作 出太多 的简化 。
值模 拟 。该 程 序 的 准 确 性 已在 对 粉 末 闭模 压 制 的 数 值 模 拟 及 实验 对 比 中 得 到 了验 证 。此 外 ， 分析 了 轧 制 速 度 、 摩 擦 系 数 等 对 轧 制 力 和 相 对 密度 分 布 的影 响 。
关键词 ：粉末轧制； 有限元方法； 本 构关 系； 椭球 面屈服准则
Ｓ ｅ ｐ． ２ ０１ ４
文章编号 ：１ ６ ７ ２ — ６ ３ ３ ２（ ２ ０ １ ４） ０ ３ — ０ ０ ７ １ — ０ ６
【 博士论坛 】
金属 粉末轧 制的力学模 型及数值模 拟研 究
刘 明俊 。 刘 白
（ 深圳信息 职业技 术学院 机电Ｔ程学院 ，广东 深圳 ５ １ ８ １ ７ ２） 摘 要 ：金属粉 末轧制 工艺能 够生产一般 工 艺难 于或无 法生产且成 分精确 、性能优 良的板 带材 ，是制取 高性能
以及特殊 用途材料 的粉末 冶金成形 工艺。在粉末轧制工 艺的力学行 为研 究 中，传统 的数 学模 型被证 明所提供 的作 用有
限，基 于有 限元 方法的数值模拟 为此提供 了一种灵活 高效 的途径 。基 于把粉 末体看作是 可压 缩连 续体的假设 ，根 据椭 球 面屈服 准 则推 导 了金 属粉末 体 变形 的弹 塑性 本构 关 系。采 用 了合适 的本构 关 系积分算 法，并对摩擦 模型进行 了分 析。基 于ＭＳ Ｃ ． Ｍａ ｒ ｃ 平 台的二次开发工具编制 了相 关的用户子程序，对铁基粉末 的轧制过程进行 了三维弹塑性有限元数
解 析模 型 主 要 有Ｊ ｏ ｈ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ 模 型 、主应 力 法 、能 量 法 特 性 。相 关地 ，可 以应用 的材 料屈 服 准则 一个 是 南
等［ ４ 】 。其 中主应 力法 由Ｋ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｉ ｎ ｓ ｋ ｉ ｉ 首次 应 用 于粉 末 Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 准 则 引 申而来 的椭 球 面屈 服 准 则 ，该 屈 轧制 的计 算 【 ５ 】 。Ｂ ｉ ｎ ｄ ｈ ｕ ｍａ ｄ ｈ ａ ｖ ａ ｎ 在 药剂 粉 末轧 制 中 服 准 则 在 主 应 力 空 问 中展 示 为 一 个椭 球 体 表 面 『 ８ ， 对Ｊ ｏ ｈ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ模 型做 了实 验验 证 ［ ６ ］ 。Ｄ ｅ ｃ ￣ ｌ Ｊ 在其 粉末 ９ ］ （ 图 １（ ａ ） ） ． 另一 种是 用 于岩 土类材 料 的屈 服准 则 ， 轧 制研 究 中 比较 了Ｊ ｏ ｈ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ模 型及 主应 力法 的应 用 ￣ １ ］ Ｃ ａ ｍ— Ｃ ｌ ａ ｙ模 型 ，Ｄ ｒ ｕ ｃ ｋ ｅ ｒ — Ｐ ｒ ａ ｇ ｅ ｒ帽 盖模 型 等［ １ ０ ， ［ ７ ］ 。解 析力 学模 型 被证 明在 轧 制力 能参 数 的计 算 方 １ １ １ 。