Microscopic Structural Analysis for Elasto-Plastic Powder Compression

弹塑性粉末压缩的微观结构分析

基本信息

批准号：
22KJ2617
负责人：
矢野武尊
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

粉体圧縮において，粒子特性が圧縮成形体の圧縮挙動に影響を及ぼすことが知られている．特に，粒子の塑性変形性が圧縮成形に及ぼす影響の寄与が大きいにもかかわらず，計算モデルの信頼性や計算負荷の観点から数値解析による微視的構造評価について体系的に検討されていないのが現状である．そこで，本年度は離散要素法により圧縮過程における粉体の微視的な構造変化に着目して検討した．離散要素法を用いて付着性粉体の弾塑性変形モデルを適用することで粒度分布と塑性変形性の異なる粉体の圧縮プロセスを計算した．粒度分布の異なる粉体を想定して，単分散粒子の系と小粒子を添加した系を計算し，小粒子の体積混合割合の影響を検討した．圧縮過程の粉体の評価として，圧縮特性，空隙率，配位数，接触面積，および上下杵間の最短経路を解析した．塑性変形性の高い粉体は塑性変形性の低い粉体に比べて高密度化し，小粒子添加によってさらに高密度化した．大小二成分粉体の内部において大粒子に大きな力が印加され，大粒子間の隙間に入りこんだ小粒子は力をほとんど受けないことが明らかとなった．また，小粒子の体積混合割合30 vol%を閾値として充填構造に大きな変化がみられた．特に接触状態について，閾値を超えると小粒子間接触が大幅に増加する一方で大小粒子間の接触はあまり変化しないということが判明した．本年度の成果について国内外の学会にて発表し，学術論文を現在執筆中である．

在粉末压制中，已知颗粒特性会影响压坯的压制行为。特别是，尽管颗粒的塑性变形能力对压缩成型有很大影响，但从计算模型的可靠性和计算载荷的角度来看，通过数值分析进行微观结构评估尚未得到系统研究。因此，今年，我们利用离散元方法重点研究了粉末在压缩过程中的微观结构变化。通过离散元法应用粘附粉末的弹塑性变形模型，计算了不同粒度分布和塑性变形能力的粉末的压缩过程。假设粉末具有不同的粒度分布，我们计算了单分散颗粒体系和添加小颗粒的体系，并考察了小颗粒体积混合比的影响。为了评估粉末在压缩过程中的性能，分析了压缩特性、孔隙率、配位数、接触面积以及上下冲头之间的最短路径。塑性变形能力高的粉末比塑性变形能力低的粉末致密，并且通过添加小颗粒进一步提高密度。已经清楚的是，大的力被施加到大和小双组分粉末内部的大颗粒上，而进入大颗粒之间的间隙的小颗粒几乎没有受到任何力。此外，当小颗粒的体积混合比为30体积％时，观察到填充结构的较大变化。特别是关于接触状态，发现当超过阈值时，小颗粒之间的接触显着增加，而大颗粒和小颗粒之间的接触没有太大变化。我们今年已经在国内外学术会议上展示了我们的成果，目前正在撰写学术论文。