Micromechanical modeling of powder compacts—II. Truss formulation of discrete packings (1988)

A numerical model for the constitutive response of powder compacts during densification is presented. Particle packings are treated as frameworks of links that connect the centers of particles through inter-particle contacts. The behavior of each link in the framework is based on unit problems for the interaction between individual spheres [Acta metall.36, 2551 (1988)]. This approach bridges the gap between unit models on the level of individual particles and the continuum behavior of very large packings of particles. Furthermore, since the model deals with individual particles, it is possible to predict the evolution of several details of packings that are important to the properties of the deformed part. Using this model the deformation of discrete powder packings under combined sintering and traction-induced compaction may be studied. Comparisons between model predictions and experimental data are presented for the sintering of a two-dimensional packing of mono-sized glass spheres. The model compares well with the experiment and is able to predict several microscopic features of the sintered packing. Nous présentons un modèle numérique pour la réponse des poudres compactées pendant la densification. Nous traitons les empilements de particules comme des ossatures de liaisons qui relient les centres des particules grâce aux contacts entre particules. Le comportement de chaque liaison dans l'ossature est basé sur des problèmes élémentaires d'interaction entre sphères individuelles [Acta metall.36, 2551 (1988)]. Cette approche permet de réduire l'écart entre des modèles à l'échelle des particules individuelles et le comportement d'un ensemble continu d'un très grande nombre de particules. En outre, comme ce modèle traite de particules individuelles, il est possible de prédire l'évoution de nombreux détails des empilements qui ont une importance sur les propriétés de la partie déformée. On peut étudier à l'aide de ce modèle la déformation d'empilements discrets de poudres soumis simultanément au frittage et au compactage induit par traction. Nous comparons les prévisions du modèle et les résultats expérimentaux dans le cas du frittage d'un empilement à deux dimensions de billes de verre de même taille. Notre modèle est en bon accord avec l'expérience et il est capable de prédire plusieurs caractéristiques microscopiques de l'empilement fritte. Es wird ein numerisches Modell für das grundsätzliche Verhalten eines Pulverpreβlings während der Verdichtung vorgelegt. Die Teilchenschüttungen werden als ein Fachwerk mit Verbindungen behandelt, bei dem die Mittelpunkte der Teilchen über die Kontaktbereiche zwischen den Teilchen miteinander verbunden sind. Das Verhalten einer jeden Verbindung dieses Fachwerkes baut auf dem von den Modelleinheiten beschriebenen Wechselwirkungen zwischen individuellen Teilchen auf [Acta metall.36, 2551 (1988)]. Dieses Vorgehen überbrückt die Lücke zwischen den Modelleinheiten auf der Ebene der individuellen Teilchen und dem Kontinuumsverhalten sehr groβer Schüttungen von Teilchen. Da das Modell individuelle Teilchen betrifft, ist es auβerdem möglich, die Entwicklung mehrere Einzelaspekte der Schüttungen, die wichtig für die Eigenschaften des verformten Teiles sind, vorauszusage. Mit diesem Modell kann die Verformung diskreter Pulvershüttungen unter dem gleichzeitigen Einfluβ von Sinter- und Zug-induzierter Kompaktierung untersucht werden. Vergleiche zwischen Aussagen des Modelles und dem Experiment werden für den Fall einer zweidimensionalen Schüttung aus gleich groβen Glaskugeln durchgeführt. Das Modell beschreibt das experiment gut und kann mehrere mikroskopische Einzelheiten des gesinterten Materials voraussagen.