Finite Element Analyse af pulverkompakteringsproces for ikke-bondede permanente ...

143 Pages·2011·4.8 MB·Danish

Finite Element Analyse af
pulverkompakteringsproces for
ikke-bondede permanente
neodymbaserede magneter
KANDIDATSPECIALE
VIRKSOMHEDSTEKNOLOGI, AALBORG UNIVERSITET
IverØrkstedEriksen
Studienr.:2006-1982

InstitutforMekanikogProduktion
“Virksomhedsteknologi”
Fibigerstræde16,
DK-9220AalborgØ
Tlf:[phone]
Fax:[phone]
http://www.industri.aau.dk
Synopsis:
Kandidatspeciale:
Rapporten tager udgangspunkt i en Finite Ele-
“Finite Element Analyse af pulverkom- ment Analyse af en pulverkompakteringsproces
pakteringsproces for ikke - bondede per- forikke-bondedepermanentemagneter,meddet
formålatfindeenoptimeretværktøjsgeometri.
manenteneodymbaseredemagneter”
Ved at fjerne denne binder, vil der skulle pro-
ceskræfter til på op imod 1200 MPa, for at
Projektperiode:
konsolideregrønemnet.Dissehøjeproceskræfter
05.05.2011–11.10.2011 sammenholdt med en uhensigtsmæssig ud-
formningafværktøjerne,medføreretatypiskab-
Udarbejdetaf:
brassivt slid af stemplerne, hvilket drastisk re-
ducererlevetiden.
Projektet sigter mod at give en analytisk, nu-
IverØrkstedEriksen meriskogeksperimentelbeskrivelseafprocessen
samt de effekter der optræder i denne. Den nu-
Mail: [email protected] meriskeanalyseudføresmedLS-Dyna.
Til beskrivelse af pulveregenskaberne under
Telefon: [phone]
kompaktering, anvendes en to fladet “geologisk
cap-model”. Inputværdierne hertil formuleres
Studienummer.:2006-1982
som et inverst problem og forsøges bestemt ved
FiniteDifference.Instabiliteterimaterialerutinen
Vejledere: gjordedogenoptimeringumulig.
Ved at kombinere teorien med et param-
JoachimDanckert,
eterstudie, var det mulig at bestemme in-
Professor,M.Sc.,Ph.D.,Dr.Techn.
putværdierne for cap-modellen, der gav god
BennyØrtoftEndelt, overensstemmelse med kraftresponset fra pro-
Lektor,M.Sc.,Ph.D. cessen. Ydermere valideres modellen via den-
sitetsplotfordenvolumetriskeplastisketøjning.
Oplagstal:8 Herudfra blev en stempelgeometri fundet og en
langtidstest på denne gav gode resultater. På
Sidetal:80+appendiks
baggrundafprojektet,anbefalesdetydermereat
Afsluttet:11.10.2011 skifte stempelmateriale til carbidstål og forkorte
styrestykketafstemplet.
ii
Forord
Dennerapporterudarbejdetsomkandidatspecialepåstudieretningen“Virksomhed-
steknologi”vedAalborgUniversitet.
Projekteterdokumenteretvedenhovedrapport,appendikssamtenbilags-CD.Hov-
edrapportenkanlæsesselvstændigt,menunderbyggesafappendiksoglitteraturhen-
visningerogdatapåCDen.
Kildehenvisninger er opsat efter Chicago-metoden, hvilket i teksten er angivet som
[x,år],hvor“x”erforfatterensefternavnog“år”erudgivelsesåret.Hvisderrefereres
til en forfatter, der har udgivet flere materialer samme år, angives det først anvendte
materiale med et “a” efter årstallet. Materialer derefter angives b,c,d... alt efter
rækkefølgenfordetsoptrædenirapporten.
Ireferencelistenerkildergenereltangivetpåfølgendemåde:
Efternavn,fornavn.år.Titel.Forlag/URL.
Figurer, formler og tabeller er nummereret fortløbende, med kapitelnummer og
herefter figurens nummer, eksempelvis ”Figur 4.1”. Appendiks angives på samme
måde,blotmedbogstaversomkapitelangivelse.
Bagerstirapportenerdervedlagtenbilags-CD,indeholdende
• Inputfilerforsimuleringer
• Litteratur
• RapportensomPDF-fil
• Billederanvendtirapporten
iii
iv
Indhold
Nomenklatur ix
1 Indledning 1
1.1 RedWolfSmallHighendmagneten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Pulverkompaktering 7
2.1 Uniaksielpulverkompaktering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Kompakteringsoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 ProcessenpåSintex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Modelleringafprocessen 13
3.1 Kompakteringsmodeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Fænomenologiskkompakteringsmodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Cap-modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4 Bestemmelseafkonstitutiveparametre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4 FEM-modellen 25
4.1 Opbygningafmodellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2 Materialemodellertilkompaktering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.3 *MAT_GEOLOGICAL_CAP_MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5 Indledendeforsøg 41
5.1 Deformationafværktøj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2 Forsøgsbeskrivelse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
v
6 Parameterstudie 45
6.1 Referencekurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.2 Bulk-ogG-modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.3 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.4 D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.5 WogX0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.6 Delkonklusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7 LeastSquareOptimization 53
7.1 Deninverseoptimering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
7.2 Robusthed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
7.3 Resultater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8 Valideringafmodellen 59
8.1 Densitetsfordeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
9 Værktøjsoptimering 67
9.1 Forsøgmedoptimeretværktøjsgeometri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
10 Diskussion 73
10.1 Værktøjsdeformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
10.2 FE-modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
11 Konklusion 79
Referencer 81
A Permanentemagneter 85
A.1 Modernemagnetmaterialer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
A.2 Neodymmagneter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
A.3 Fremstillingafneodymmagneter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
A.4 Magnetiskeegenskaber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
vi
B Mekanikken 89
C Matricensamlet 95
D Processkitse 97
E Stempel 99
F Koniskstempel 101
G Profilslebentstempel 103
H RedWolfSmallHighEnd 105
I FiniteElementeMethod 107
I.1 BegrenzungennumerischerMethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
I.2 AufbaueinerFEMAnalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
I.3 FEM-SoftwareLS-Dyna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
J LS-DYNAinputdeck 121
K ObjectFunction 127
L lsopti.in 131
vii
viii