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高频振动条件下固体颗粒动态特性研究

左苗苗  
【摘要】:固体颗粒介质成形工艺(Solid granules medium forming technology,缩写为SGMF)是将颗粒作为传压介质代替凸模(或凹模)对板材进行成形的一种技术,其在成形具有局部凸台等小特征管状构件时需要增大颗粒整体压力,而过高的内压对颗粒介质的流动性和传力特性产生不利影响。为改善在成形过程中遇到的上述问题,将SGMF与超声振动加工技术相结合形成超声振动辅助颗粒介质成形工艺(Vibration granules medium forming,缩写为VGMF),在VGMF中振动激励下颗粒介质的传力特性直接决定了板材能否成形及其成形质量,因此对振动激励下颗粒介质受外载荷作用时内部结构的变化及力的传递特性进行研究是非常有必要的。颗粒体系具有多尺度结构层次的特点:颗粒单元是微观尺度,颗粒间接触力形成的力链是细观尺度,由颗粒单元组成的颗粒体系称之为宏观尺度。力链及颗粒共同决定颗粒体系受外界激励时的宏观性质。本文将通过理论、试验和离散元模拟相结合的方法,从宏观和细观层面对颗粒受振动载荷作用时的动态特性进行分析:(1)通过开展振动激励下颗粒与钢板摩擦试验,得到振动激励下颗粒与板材摩擦系数随法向压力的关系;参考粉体力学中的方法建立振动激励下颗粒介质传力模型,基于修正的非局部摩擦模型得到颗粒介质传递应力的积分解。(2)建立二维振动颗粒介质传力离散元模型,以静态条件下颗粒侧压试验为基准确定了模拟所需的细观参数,分析了施加振动后颗粒介质内部接触力、力链、孔隙率、配位数细观结构的变化规律。(3)开展超声振动激励下固体颗粒传力试验,采用单一变量法研究了振幅、传力距离、颗粒粒径及材质等对颗粒底部压力的影响。研究结果表明:振动能够增强颗粒的流动性,减小颗粒间及颗粒与承压筒壁间的摩擦,颗粒底部压力随振幅增大而增加。


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