非局部摩擦的數(shù)值模擬及相關(guān)實(shí)驗(yàn).pdf

1、金屬塑性成形加工過(guò)程中，模具與材料之間存在著摩擦。摩擦力在接觸面上的分布形式對(duì)成形過(guò)程金屬塑性流動(dòng)規(guī)律等力能參數(shù)問(wèn)題的求解起著重要作用。對(duì)摩擦現(xiàn)象雖已進(jìn)行過(guò)很多研究，但了解的尚屬極少。摩擦模型是求解金屬塑性成形力學(xué)問(wèn)題的邊界條件之一。目前，只能用簡(jiǎn)化的摩擦模型代替真實(shí)的摩擦分布。常用的簡(jiǎn)化摩擦模型有：常摩擦模型和庫(kù)侖摩擦模型。從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)考慮，接觸界面被視為具有剪切強(qiáng)度的連續(xù)膜。在金屬塑性成形加工力學(xué)中，接觸面上逐點(diǎn)采用的庫(kù)侖

2、摩擦定律是局部性質(zhì)的，即接觸面上摩擦域內(nèi)某質(zhì)點(diǎn)的摩擦效應(yīng)只與該點(diǎn)的狀態(tài)有關(guān)。然而，實(shí)際上金屬表面往往是粗糙的，接觸界面是粗糙面之間的接觸，某一點(diǎn)的摩擦效應(yīng)不僅與該點(diǎn)的狀態(tài)直接相關(guān)，還與該點(diǎn)有限大小鄰域內(nèi)的其它點(diǎn)的狀態(tài)有關(guān)，這是一種非局部摩擦效應(yīng)。因此，在細(xì)觀尺度上有必要用非局部摩擦模型替代庫(kù)侖摩擦模型來(lái)考慮接觸界面上微凸結(jié)構(gòu)所引起的非局部摩擦效應(yīng)。 本文首次將Oden等提出的非局部摩擦模型用于金屬塑性成形摩擦數(shù)值模擬的分析中。對(duì)

3、塑性成形模擬過(guò)程中的非局部摩擦問(wèn)題進(jìn)行了研究。從微觀角度考慮了接觸面的微凸結(jié)構(gòu)。首次對(duì)非局部摩擦模型用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行探討，主要研究?jī)?nèi)容如下： 綜述塑性成形中的摩擦模型和非局部摩擦模型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及背景，引出研究的主要內(nèi)容和意義。 較系統(tǒng)的介紹了塑性成形中的摩擦理論和常用的摩擦模型及非局部摩擦模型。 分析了有限元理論的基本方法，介紹了ADINA軟件的基本概況，ADINA建模的過(guò)程及ADINA中接觸摩擦問(wèn)題的處理

4、。 分析了金屬塑性成形過(guò)程中摩擦的形成，工件接觸表面的微觀形貌，給出了本文數(shù)值模擬中微觀粗糙接觸表面的接觸模型。 應(yīng)用非局部摩擦模型對(duì)塑性成形中摩擦問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值分析。分別分析了不考慮表面微凸體和考慮表面微凸體的情況。文中就單個(gè)半球形微凸體的情況及單個(gè)圓臺(tái)形微凸體的情況進(jìn)行了非局部摩擦的影響分析。 模擬中分別用局部庫(kù)侖摩擦模型和非局部摩擦模型分析了成形過(guò)程中的摩擦問(wèn)題，研究了成形過(guò)程中微凸體壓下量與法向壓應(yīng)力的關(guān)

5、系及某一相同時(shí)刻接觸面的摩擦應(yīng)力、法向壓應(yīng)力的分布等。 將考慮表面微凸的非局部摩擦用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行研究，在CMT系列微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了摩擦系數(shù)的測(cè)試研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬的比較得出在塑性成形加工工藝中，采用非局部摩擦模型代替局部的庫(kù)侖摩擦模型對(duì)塑性成形加工過(guò)程的摩擦進(jìn)行分析，雖然增加了問(wèn)題的復(fù)雜性，但卻使結(jié)果更精確、更真實(shí)。 本文的研究有助于我們更加深入的認(rèn)識(shí)塑性成形加工過(guò)程的摩擦機(jī)理，為今后采用更真實(shí)、更精確