The 7th National Conference on Computational Mechanics of Granular Materials in conjunction with The 4th International Symposium on Computational Particle Technology (CMGM-2024 & CPT-2024)

热等静压 (Hot isostatic pressing, HIP) 是一种先进制造技术，通过高温和高压作用于金属粉末，实现大尺寸复杂零件的近净成形，广泛应用于航空航天等领域。尽管数值模拟技术 (如FEM) 有助于预测成形偏差，但由于过程中粉体的非均匀收缩，需要进一步改进现有的FEM模型以准确反映粉末颗粒的离散性和不均匀分布。针对这一问题，本团队提出了离散元与有限元（DEM-FEM）耦合模拟方法，有效克服了传统FEM模拟忽略粉末初始密度分布不均匀的局限，显著提升了HIP预测的准确性。首先利用特制的简单形状透明包套进行颗粒填充实验，与同条件下DEM模型中的休止角误差在1°以内。然后在DEM中建立实际零件外包套的特征截面模型，模拟粉末从填充到振动的全过程，并引入周期性边界以提升计算效率。根据局部特征结构振动前后的正应力力链变化，探讨粉末流动、振动工艺和结构设计的关系。通过在FEM模型中整合三维DEM颗粒堆积的相对密度数据，并结合Python脚本将这些数据顺利整合到ABAQUS中，形成了DEM-FEM耦合预测模型。该方法在预测钛合金工程零件结构变形方面取得了显著进步，与传统FEM模拟相比，两个特征横截面的角度预测准确性分别提高了26.47%和33.75%。DEM-FEM耦合模拟方法不仅在HIP生产中具有广泛的适用性，而且为以金属颗粒为原材料的先进制造方法提供了新的计算建模思路。

颗粒材料;先进制造;跨尺度耦合;热等静压;有限元;离散元模拟