基于滑移线法及无网格法固体颗粒介质传力性能研究

摘要

固体颗粒介质成形工艺(Solid Granule Medium Forming Technology, SGMF)是通过固体颗粒介质取代刚性凸模(液体或弹性体)的作用实现管、板材成形的工艺。传力介质选择固体颗粒是该工艺的最大特点，该工艺的基础工作是进行高压下固体颗粒介质传力性能的研究。
　　根据固体颗粒介质受力流动特点，论文将滑移线理论应用于固体颗粒介质的传力性能研究。基于固体颗粒介质传力性能试验，建立固体颗粒介质压力模型，依据固体颗粒介质材料性能试验选取适当的材料参数，利用轴对称滑移线理论来分析在不同条件下固体颗粒介质的传力性能。将理论计算结果跟试验测量结果进行对比，发现理论计算跟试验测量得出的固体颗粒传力规律基本一致，从而验证固体颗粒介质传力性能的滑移线解是可靠的。通过轴对称滑移线理论计算，可以更加方便预测不同条件下的固体颗粒介质压力传递规律，并且可以研究摩擦力对固体颗粒介质传力性能的影响。
　　根据有限元方法在研究固体颗粒介质受力流动中存在的网格畸变等问题，论文首次将无网格法应用于固体颗粒介质的传力性能研究。依据固体颗粒介质材料性能试验，选取适当的材料参数来构建数值模型，采用岩土力学中扩展的Drucker-Prager线性模型，建立在不同条件下SPH法的数值模型，最后通过ABAQUS/Explicit来实现分析计算。对比无网格法模拟结果与试验结果可知，固体颗粒介质传力性能的SPH解是可靠的。
　　通过改变SPH法数值模型中颗粒介质粒子数、核函数类型，研究粒子数、核函数类型对无网格法模拟结果的影响。对比不同内摩擦角的模拟结果，可以探索出固体颗粒介质内摩擦角对无网格法模拟结果的影响。通过SPH模拟结果可以看出，颗粒介质粒子数、核函数类型以及内摩擦角对模拟结果均具有重要影响。
　　通过将滑移线理论和无网格法应用于分析固体颗粒介质传力性能，证明上述研究方法及理论是可行的，为固体颗粒介质成形工艺提供了新的研究方法。

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第1章 绪 论

1.1 前言

1.2 固体颗粒介质工艺研究现状

1.3 无网格法分析金属变形研究现状

1.4 亟待解决的问题及主要研究内容

第2章 固体颗粒传力性能的滑移线解

2.1 前言

2.2 固体颗粒介质材料性能试验

2.3 岩土力学中土的强度理论

2.4 轴对称问题的滑移线场理论

2.5 轴对称问题边界条件的确定

2.6 有限差分法的应用

2.7 固体颗粒介质的力学模型

2.8 固体颗粒介质传力性能的滑移线数值解

2.9 本章小结

第3章 无网格法的基本原理

3.1 前言

3.2 紧支试函数加权残量法

3.3 紧支试函数的构造

3.4 配点型无网格法

3.5 SPH法基本原理及数值实现

3.6 程序算例

3.7 本章小结

第4章 固体颗粒传力性能的SPH解

4.1 SPH法在ABAQUS的应用

4.2 颗粒介质传力性能的SPH法仿真建模

4.3 固体颗粒介质传力性能的模拟结果

4.4 SPH法模拟影响因素的研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间承担科研任务与主要成果

致谢