为了从细观尺度研究粉体成形致密化过程中粒子在外部能量作用下的微观行为,本文首先通过己建立的离散元(DEM)模型,生成单一尺寸球形粒子的各种初始堆积结构,包括随机堆积和各种有序堆积,并对这些初始堆积的结构进行表征。然后,通过将DEM模型生成的数据(颗粒位置数据和配位数)导入有限元(FEMM)中的方式,完成DEM模型与FEM模型的耦合,最后采用多粒子FEM法(MPFEM)模拟这些结构在外部能量(本研究中主要使用的是单向模压)作用下的致密化。离散元建立的堆积模型包括二维(2D)复合粒子(碳化硅颗粒与铝颗粒)堆积结构和三维(3D)同一种粒子(粉体)的堆积结构。在二维模拟中,研究不同堆积结构(有序和无序)和堆积成分(硬颗粒SiC的体积分数:0%,20%,40%,60%)对压制过程的影响。而在三维模拟中,主要研究了不同初始堆积结构对压制过程的影响。这些初始堆积结构包括简单立方(SC),体心立方(BCC),面心立方(FCC),密排六方(HCP)和随机堆积。本文研究重点在于分别从宏观和微观的尺度对成形粒子致密堆积结构的性能进行表征,并对成形致密化的机理进行分析,同时研究了颗粒结构与孔隙状态对有限元粉末模型(Shima模型)参数的影响。得到以下主要结论:1.二维模拟中,初始堆积结构和SiC的排布状态会对压制曲线产生影响。SiC颗粒在压制方向上形成的骨架结构不利于孔隙的填充。2.Al/SiC复合粉体成形过程中,SiC颗粒Mises应力较大,但是几乎没有变形,只在接触位置有少量弹性变形,而A1颗粒的Mises应力较小,变形较大,被压成内凹的形状。3.对于2D无序结构,SiC含量越多,压坯成形需要的压制压力越大。此外,压坯相对密度较小时,SiC含量对压制的影响不明显,随着压坯相对密度的增大,SiC含量对压制的影响越来越突出。4.三维模拟结果与实验结果吻合较好。BCC初始堆积结构在压制过程中粒子的面数的变化由8变为12,然后变为14。FCC初始堆积结构在压制之后变为十四面体,而HCP变为十二面体。在压制过程中不稳定的简单立方结构发生不均匀的变形,最后形成不规则的多面体。与其他初始堆积结构相比,在相同压力下,压制FCC的初始堆积结构可以实现更高的相对密度。5.对于初始的3D随机堆积,颗粒滑移发生在压制初期,当颗粒彼此达到锁定状态时,随着压制压力的增大,相邻颗粒则由点接触变为面接触,且接触面积随压制压力的进一步增大而扩展。6.Shima模型的重要参数1/f and f’是受初始孔隙形状和初始结构影响的。所以对于整个压制致密化的过程中,一个简单的方程不能充分代表屈服函数随相对密度的变化情况。7.通过MPFEM可以研究粉体成形过程中单个颗粒的变形机理和影响屈服函数的因素,而实验和其它数值仿真方法则很难做到。