Механика и теплофизика процесса прессования порошковых материалов в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

• Автор: Федотов, Александр Федорович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 334 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. СВСпрессование новый способ обработки давлением порошковых материалов

1.2. Реологические модели пластичных порошковых материалов .

1.3. Реологические модели вязких порошковых материалов . . .

1.4. Феноменологические параметры реологических моделей порошковых материалов

1.5. Постановка и методы решения краевых задач пластического деформирования порошковых материалов.
1.6. Математические модели процессов деформирования и теплообмена при СВСпрессовании.
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА ПРИ СВСПРЕССОВАНИИ .

2.1. Теплофизические свойства продуктов синтеза и оболочки . .

2.2. Постановка и алгоритм решения краевой задачи плоского нестационарного теплообмена на стадии синтеза
2.3. Численный анализ влияния технологических факторов на тепловой режим при боковом зажигании
2.4. Тепловой режим при центральном зажигании и осесимметричном теплообмене .
2.4.1. Постановка краевой задачи осесимметричного нестационарного теплообмена при центральном зажигании
2.4.2. Численный анализ влияния технологических факторов на тепловой режим процесса СВСпрессования при центральном зажигании
2.5. Основные закономерности формирования теплового режима
при СВСпрессовании в песчаной оболочке.
Выводы.
3. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОРИСТЫХ ВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ С ЖИДКОЙ ФАЗОЙ И МАТЕРИАЛОВ СЫПУЧЕЙ ОБОЛОЧКИ.
3.1. Реологическая модель пористых вязких деформируемых материалов с жидкой фазой.
3.2. Структурная модель неупругого деформирования порошковых материалов
3.3. Общее условие пластичности порошковых материалов .
3.4. Экспериментальные исследования механических и триботех
нических свойств материалов сыпучей оболочки. Частное условие
пластичности .
3.5. Выводы
4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ СВСПРЕССОВАНИИ.
4.1. Определяющие соотношения деформируемых материалов . .
4.1.1. Определяющие соотношения и физическое состояние
продуктов синтеза системы ТьС.
4.1.2. Определяющие соотношения материалов сыпучей оболочки
4.2. Математическая постановка и алгоритм решения краевой задачи изотермического пластического деформирования со смешанными граничными условиями
4.2.1. Постановка краевой задачи изотермического пластического деформирования со смешанными граничными условия ми
4.2.2. Алгоритм решения краевой задачи изотермического пластического деформирования со смешанными граничными условиями .
4.3. Пространственновременные параметры конечноэлементной модели процесса деформирования.
4.4. Методика экспериментальных исследований.
Выводы.
5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ СВСПРЕССОВАНИИ.
5.1. Основные закономерности и механизм уплотнения твердожидких продуктов синтеза в сыпучей оболочке.
5.2. Основные закономерности формообразования заготовок . . .
5.3. Основные закономерности уплотнения оболочки и силовые характеристики процесса .
5.4 Исследование влияния размеров оболочки на процессы уплотнения и формообразования заготовки.
5.5. Исследование влияния свойств материала оболочки на закономерности уплотнения и формообразования заготовки.
Выводы.
6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ НЕ
ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ СВСПРЕССОВАНИИ .
6.1. Закономерности неизотсрмичсского пластического деформирования при СВСпрессовании круглых пластин
6.2. Конечноэлементная модель процесса СВСирессования крупногабаритных кольцевых изделий со ступенчатым нагружением .
6.2.1. Математическая постановка краевых задач теплообмена А и пластического деформирования.
6.2.2. Результаты моделирования и экспериментальных исследований
Выводы.
7. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЛЬНОГО СВСПРЕССОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК .
7.1. Математическая модель процесса радиального СВСпрессования цилиндрических заготовок
7.2. Численный анализ закономерностей уплотнения при радиальном СВСпрессовании цилиндрических заготовок
7.3. Теоретическое и экспериментальное исследование технологических вариантов радиального СВСпрессования
7.3.1. Закономерности формообразования при радиальном СВСпрессовании круглых цилиндров.
7.3.2. Закономерности формообразования при радиальном СВСпрессовании сегментных цилиндров
7.3.3. Закономерности формообразования при радиальном СВСпрессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном
А
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В итоге определяющие соотношения имеют громоздкий вид и неудобны для практического применения. Многопараметрическое условие пластичности 7, 2 отражает обе особенности порошковых тел. Однако формальноматематический подход обуславливает необходимость проведения многочисленных трудоемких экспериментов. Таким образом, в настоящее время отсутствуют физически обоснованные и достаточно простые условия пластичности, в которых одновременно учитываются и механизм деформации, и несвязанное начальное состояние порошковых материалов. Необходимым условием получения беспористых изделий является способность синтезированного материала к пластическому деформированию. Тугоплавкие соединения, которые являются основой СВСпрессованных материалов, начинают проявлять макропластические свойства при гомологических температурах свыше 0,5 0,7 7 3. Как показывают эксперименты 4, горячая деформация тугоплавких соединений осуществляется по механизму вязкого течения. Выше уже отмечалось, что в СВСматериалах тугоплавкие соединения образуются в виде дисперсных частиц 4, и они по своей структуре идентичны порошкам, но с вязкой твердой фазой. Известно, что вязкая среда прилипает к граничным поверхностям 5. Поэтому в дисперсновязких телах межчастичного скольжения нет и деформирование связано только с вязким течением твердой фазы в поры согласно теории Я. И. Френкеля. СВСэкструзии . Горячее прессование порошковых материалов рассматривается как разновидность спекания при постоянном давлении 6 и теория горячего деформирования порошковых тел развивалась параллельно с теорией спекания. Ранние теории спекания основывались на представлениях о дискретном характере порошковых тел. Основные этапы развития и результаты дискретной теории спекания, в том числе по механизму вязкого течения, подробно рассмотрены в работах 4, . Имея исключительно большое значение для изучения физического механизма межчастичного взаимодействия, это направление, как и дискретноконтактные теории пластического деформирования, не позволяет учесть такие макроскопические факторы, как кинематические граничные условия, внешнее механическое воздействие, форму тела и др. Основы континуального подхода к описанию процесса спекания и горячего деформирования были сформулированы в работах Дж. Маккензи 2, 3, где впервые была обоснована аналогия между гидродинамикой линейновязкой среды и теорией упругости. С макроскопической точки зрения пористое тело рассматривается как сжимаемая среда с двумя коэффициентами вязкости сдвиговой и объемной. При этом предполагается, что вязкий тензор напряжений и упругий тензор напряжений имеют одинаковую структуру, если и упругое тело и линейновязкая жидкость являются изотропными. Тензору деформации в теории упругости соответствует тензор скорости деформаций в теории вязкого течения, модулю сдвига соответствует коэффициент сдвиговой вязкости, а модулю всестороннего сжатия коэффициент объемной вязкости. Дальнейшее развитие континуальной модели спекания связано с работами В. В. Скорохода , рассмотревшим пористое тело как предельный случай композиционного материала, в котором одна из фаз имеет нулевые материальные константы. Метод диссипативной функции позволил достаточно просто получить аналитические решения для ряда модельных задач об однородном деформировании линейновязких пористых тел 6. На основании постулата об однозначности диссипативной функции пористого тела и его вещества появилась возможность оценить уровень истинных напряжений и истинных скоростей деформации в вещественной фазе несплошного тела 4, 5, 6. Это позволило выполнить обобщение теории на случай нелинейного течения твердой фазы, образующей пористое тело 7, 8. В основу обобщения положена уже упоминавшаяся ранее гипотеза зависимость эквивалентной скорости деформации твердой фазы от макроскопических скоростей деформаций инвариантна относительно реологических свойств твердой фазы. Принимается, что зависимость 1. Кронекера. Статистическое осреднение микроскопических скоростей деформации сдвига в работах 5, 9 проводится по всему объему вещества, количественной мерой которого в зависимости 1.