تعیین تجربی پارامترهای مدل ساختاری دراکر-پراگر کپ اصلاح شده برای پودر آلومینای KMS92

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 صنعتی شاهرود-مهندسی مکانیک

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 صنعتی شاهرود

10.22060/mej.2019.16354.6340

چکیده

فرایند شکل‌دهی پودرها با تغییرات قابل توجه حجم و جریان پیچیده‌ی ماده همراه است. شناخت رفتار پودر و توانایی تحلیل شکل‌دهی آن می‌تواند به کاهش سعی و خطا در طراحی قالب‌های شکل‌دهی و پیش‌بینی نیروهای شکل‌دهی و توزیع چگالی در قطعه خام کمک شایانی کند. چنین تحلیل‌هایی بر مبنای مدل‌های ساختاری رفتار تراکمی پودرها امکان‌پذیر است. مدل دراکر-پراگر کپ اصلاح شده (MDPC)، یک معیار تسلیم چند-سطحی برای بیان رفتار مومسان پودرها حین تراکم است. در این پژوهش، رفتار تغییر شکل پودر تجاری آلومینای آماده برای پرس KMS-92، با استفاده از مدل MDPC مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، با استفاده از آزمون‌های تجربی، پارامترهای مدل MDPC به صورت تابعی از چگالی نسبی به دست آمد. ثوابت سطح تسلیم خرابی برشی به کمک آزمون‌های ساده‌ی فشردن قطری و فشردن محوری نمونه‌های استوانه‌ای در چگالی‌های نسبی مختلف به دست آمد. برای تعیین تجربی دیگر پارامترها، یک قالب مجهز به کرنش‌سنج و نیروسنج طراحی و ساخته شد. پارامترهای سطح تسلیم کپ با انجام آزمون تراکم تک‌محوری چند مرحله‌ای درون این قالب، به دست آمدند. از نتایج آزمون‌های بارگذاری-باربرداری متوالی انجام شده به کمک این قالب، ضریب اصطکاک بین پودر و قالب در بارگذاری و مدول‌های کشسانی در باربرداری استخراج شد. برای شبیه‌سازی المان محدود فرایند تراکم تک‌محوری در نرم‌افزار آباکوس، پارامترهای ماده به صورت تابعی از چگالی نسبی به کار رفتند. به این منظور، زیر برنامه‌ی USDFLD برای بیان تغییرات چگالی توسعه داده شد. مقایسه‌ی نتایج شبیه‌سازی با نتایج متناظر در آزمون تجربی حاکی از تطابق بسیار خوب آن دو است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental determination of the modified Drucker-Prager cap constitutive model for KMS-92 alumina powder

نویسندگان [English]

  • Seyed Hadi Ghaderi 1
  • Sohrab Salamati-Khiavi 2
  • Seyed Vahid Hosseini 3
1 صنعتی شاهرود-مهندسی مکانیک
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران،
3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران، v_hosseini@shahroodut.ac.ir
چکیده [English]

Forming process of powders accompanies considerable volume change and complicated material flow. Understanding powder behavior and the ability to perform its deformation analysis may assist in reducing trial and error in die design process and providing more accurate predictions of forming loads and density distribution in the green part. Such analyses are feasible only based on the constitutive models for powder compaction. Modified Drucker-Prager cap (MDCP) mode, is a multi-surface yield model for description of the plastic behavior of powders during consolidation. In this research, the deformation behavior of the commercial ready to press alumina powder KMS-92 has been investigated using MDCP model. To this end, parameters of MDCP model as functions of density were obtained by means of experiments. The constants of the shear failure yield surface were obtained based on simple diametric and axial compressive loading cylindrical specimens with various relative densities. For determining the remaining parameters of the model, an instrumented die fitted with strain gage and load cell was designed and fabricated. Parameters of the cap surface were achieved based on the uniaxial die compaction experiments. Based on consecutive loading-unloading tests using the instrumented die, the friction coefficient and elastic moduli were derived from loading and unloading phases respectively. For finite element simulation of the uniaxial compaction, density dependent material parameters were employed in Abaqus. The variations of density were taken into account using USDFLD subroutine Simulation results prove a very good agreement with the experimental counterpart.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modified Drucker-Prager /Cap model
  • Powder compaction
  • finite element method
  • Instrumented die
  • Ceramic powder