Simulación numérica de procesos de compactación de pulvimateriales. Parte 1: Modelo constitutivo, de contacto y fricción

Abstract

Se presenta un modelo numérico, basado en la teoría de las grandes deformaciones plásticas, para la simulación del proceso de compactación de pulvimateriales aplicado al diseño de piezas axisimétricas. La respuesta elástica se obtiene a partir de un modelo hiperelástico. La respuesta plástica representa esencialmente la pérdida de vacíos así como la deformación plástica de las partículas. La superficie de fluencia es una modificación del criterio de Von Mises que se controla mediante dos parámetros que dependen de la densidad relativa. Se propone un modelo viscoplástico para incluir el efecto de la velocidad de compactación sobre las propiedades finales del compacto. Esta regularización permite además evitar la pérdida de elipticidad que puede aparecer con algunos procesos de compactación mal definidos. Se estudian dos tipos de modelos de fricción con las paredes: 1. Modelo del tipo Norton-Hoff y 2. Modelo de Coulomb. Para resolver este último se estudian las técnicas de penalización y multiplicadores de Lagrange y se propone el uso de un algoritmo mixto para implementar dicho problema de forma robusta.

A numerical model, based on large strain plasticity, to simulate the uniaxial compaction of powder materials is presented. The elastic response is obtained from a hyperelastic model. The plastic response represents the loss of voids and the plastic deformation oY the grains. Two parameters that evolve in terms of the relative density control the modified, Von Mises type, yield surface. A visco-plastic model to include the rate load dependency is proposed. This regularization prevents the loss of ellipticity that could occur with wrong compaction processes. Two different friction models are studied: 1 a Norton-Hoff type model and 2. a Coulomb friction model. Penalization and Lagrange multipliers methods are studied to solve the last one as well as a mixed algorithm, to implement the last model in a robust way.