Конечно-элементное моделирование процесса раскатки фланца на трубчатой заготовке | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №9 (56) сентябрь 2013 г.

Дата публикации: 02.09.2013

Статья просмотрена: 76 раз

Библиографическое описание:

Кононов П. В., Востров В. Н. Конечно-элементное моделирование процесса раскатки фланца на трубчатой заготовке // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 46-49. — URL https://moluch.ru/archive/56/7738/ (дата обращения: 19.07.2018).

Методом конечных элементов исследуютсянапряженное и деформированное состояния трубчатой заготовки в процессе раскатки фланца.

1. Постановка задачи исследования

Детали с фланцами [1, 2], значительно удаленными от торца, находят широкое применение в машиностроении. Технология раскатки фланцев на образующем участке заготовки, описанная в [3, 4], расширяет технологические возможности процессов объемного формообразования фланцев: поперечно–клиновой прокаткой, выдавливанием, торцовой раскаткой и др. Формообразование фланца выполняют в два этапа. В исходном состоянии заготовка под раскатку имеет вид в формате 3D, представленный на рис. 1.

Рис. 1. Заготовка под раскатку детали с фланцем

На первом этапе осуществляют ротационную высадку заготовки и формируют на ее деформируемой части усеченный конус. На втором этапе раскатывают усеченный конус, и заготовка приобретает требуемую форму детали с фланцем (рис. 2).

Целью данной работы является разработка математической модели раскатывания фланца на образующем участке трубчатой заготовки на основе метода конечных элементов.

Рис. 2. Раскатная деталь с фланцем

В качестве материала трубчатой заготовки был выбран сплав Л63 (химический состав: Сu — 62¸65 %, Fe — 0,2 %, Pb — 0,07 %, Sb — 0,005 %, Bi — 0,002 %, P — 0,01 %, примеси — 0,5 %, Zn — остальное).

2. Конечно-элементная реализация расчета процесса ротационного формообразования деталей с фланцем

Задача упруго-пластичности является существенно нелинейной, поскольку, глобальная матрица жесткости зависит от матрицы связи деформаций и перемещений [D], а матрица [D] зависит от текущего напряженно–деформированного состояния заготовки, поэтому выполнить полноценный параметрический расчет процессов ротационного формообразования деталей не представляется возможным в среде стандартной поставки конечно–элементных пакетов типа NASTRA, ANSYS [5]. Однако, создание внешних программ, формирующих всю необходимую информацию в параметрическом виде, использование LSDYNAкак решателя и ANSYS в качестве постпроцессора обеспечивает возможность решения данных задач. В лаборатории «Вычислительная механика» кафедры «Механика и процессы управления» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета создан программно аппаратный комплекс на основе ANSYSиLSDYNA[6]. Программа адаптирована для расчета процесса ротационного формообразования деталей с фланцем.

3. Результаты расчета деформаций и напряжений в раскатанной заготовке

Напряженное и деформированное состояния заготовки на этапе формообразования фланца в сечении Z = 0 представлены на рис. 3. Графики распределения деформаций и напряжений в сечении Z= 0 для данной расчетной схемы приведены на рис. 4 и 5.

Рис. 3. Напряженное и деформированное состояния заготовки из сплава Л63 на этапе формообразования фланца: 1 — заготовка; 2 — раскатной ролик; 3 — ось; 4 — матрица

е1.jpg

Рис. 4. Графики распределения логарифмических деформаций по оси Х на этапе формообразования фланца. Положение начала координат (точка 0) показана на рис. 2. εi — интенсивность деформаций; 2) εyy — деформации по оси Y; 3) εzz — деформации по оси Z; 4) εxx — деформации по оси X

рис Gs.jpg

Рис. 5. График распределения напряжений по оси Х на этапе формообразования фланца. Положение начала координат (точка 0) показана на рис. 8. 1) σi — интенсивность напряжений; 2) σyy — нормальные напряжения по оси Y; 3) σzz — нормальные напряжения по оси Z; 4) σxx — нормальные напряжения по оси X

Выводы.

1.                 На основании предложенной конечно–элементной математической модели и выполненных параметрических расчетов процесса холодной раскатки деталей с фланцем получена необходимая информация о напряженном и деформированном состояниях заготовок.

2.                 Показана эффективность использования конечно–элементных пакетов программ ANSYS в качестве постпроцессора и LS–DYNA как решателя при решении задач ротационного формообразования.

Литература:

1.                  Востров В. Н., Яблокова Н. А., Кононов П. В. Исследование остаточных напряжений в раскатанных деталях методом дифракции рентгеновских лучей // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. № 166. С. 223–230.

2.                  Кононов П. В., Востров В. Н. Анализ текстуры заготовок с раскатанным фланцем методом дифракции рентгеновских лучей // Современное машиностроение. Наука и образование. 2013. № 3. С. 852–857.

3.                  Востров В. Н., Кононов П. В. Устройство для раскатки буртов на трубных заготовках / Патент на полезную модель RUS 116079. 07.12.2011.

4.                  Кононов П. В., Востров В. Н. Формообразование фланцев деформированием образующей части трубчатых заготовок // Современное машиностроение. Наука и образование. 2012. № 2. С. 391–396.

5.                  ANSYS Theory Reference. ANSYS inc., Canonsburg, PA. USA. Eleventh edition. ANSYS Release 10.0, 2005. 1286 p.

6.                  Боровков А. И. Возможности системы конечно–элементного моделирования ANSYS/LS–DYNA // Первая международная конференция пользователей программного обеспечения ANSYSЕ. М.: EMT–ANSYS–центр, 2003. С. 128–136.



[1] Работа выполнена в рамках выполнения в 2013 г. гранта для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга.

Основные термины (генерируются автоматически): ANSYS, этап формообразования фланца, деформированное состояние, ротационное формообразование деталей, трубчатая заготовка, NASTRA, качество постпроцессора, DYNA, положение начала координат, необходимая информация.


Похожие статьи

Подход к численному моделированию процесса прессования...

Рис. 1. Основные этапы моделирования процесса прессования предварительно нагретых алюминиевых заготовок в среде ANSYS/ LS-Dyna.

Разработка компьютерной модели процесса ротационной сборки цилиндрических деталей с малыми зазорами.

Анализ лопастей турбины ГТД из карбида титана в пакете Ansys

Описаны и проиллюстрированы основные этапы.

В качестве примера рассмотрим изготовление и анализ лопастей турбины 3 контура как самых нагруженных элементов ГТД.

Процесс определения напряжений в лопатке Ansys-Workbench

Функциональные связи между параметрами конструкции...

Установка инструмента при обработке детали с винтовой поверхностью определяется относительным положением их осей и характеризуется в

Матрицы инцинденций могут также служить ориентиром в направлении развития исследований процесса формообразования.

Моделирование обработки сложной поверхности детали в составе...

- систематизация признаков способа формообразования сложной поверхности детали с применением процесса резания

Положение центра системы координат РИ относительно подвижной системы координат заготовки определяется тремя параметрами, соответственно...

Основные методы формообразования при разработке моделей...

Полезная информация. Спецвыпуски.

Прежде чем оценивать качество продукции, необходимо определить те свойства и показатели, которые следует принимать во

Способ формообразования деталей зависит от конфигурации поверхности участка (вогнутости или...

Расчет стоимости получения заготовки различными методами

При проектировании технологического процесса механической обработки необходимо установить оптимальные припуски, которые бы обеспечивали заданную точность и качество обрабатываемых поверхностей. Припуски могут быть операционными и промежуточными.

Идентификация математической модели обтекания крыльевого...

− относительное положение максимальной вогнутости fx = 0,40.

Численное моделирование в CAE системах, в т. ч. и в ANSYS CFX можно разделить на следующие этапы.

7. Визуализация и анализ результатов расчета в постпроцессоре (ANSYS CFX-Post).

Методическое обеспечение решения математических моделей

На сегодняшнем этапе развития общества трудно представить процесс создания новых

В составе ANSYS первым итерационным решателем, представленный пользователю, был

Клебанов Я. М., Давыдов А. Н. Методика расчета напряженно-деформированного состояния...

Использование в технологическом процессе эффективности метод...

Полезная информация. Спецвыпуски.

Теплота, получаемая от сварочной дуги, используется одновременно для обработки фрезой труднообрабатываемого металла и для пластического формообразования и термической обработки наплавленного металла.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Подход к численному моделированию процесса прессования...

Рис. 1. Основные этапы моделирования процесса прессования предварительно нагретых алюминиевых заготовок в среде ANSYS/ LS-Dyna.

Разработка компьютерной модели процесса ротационной сборки цилиндрических деталей с малыми зазорами.

Анализ лопастей турбины ГТД из карбида титана в пакете Ansys

Описаны и проиллюстрированы основные этапы.

В качестве примера рассмотрим изготовление и анализ лопастей турбины 3 контура как самых нагруженных элементов ГТД.

Процесс определения напряжений в лопатке Ansys-Workbench

Функциональные связи между параметрами конструкции...

Установка инструмента при обработке детали с винтовой поверхностью определяется относительным положением их осей и характеризуется в

Матрицы инцинденций могут также служить ориентиром в направлении развития исследований процесса формообразования.

Моделирование обработки сложной поверхности детали в составе...

- систематизация признаков способа формообразования сложной поверхности детали с применением процесса резания

Положение центра системы координат РИ относительно подвижной системы координат заготовки определяется тремя параметрами, соответственно...

Основные методы формообразования при разработке моделей...

Полезная информация. Спецвыпуски.

Прежде чем оценивать качество продукции, необходимо определить те свойства и показатели, которые следует принимать во

Способ формообразования деталей зависит от конфигурации поверхности участка (вогнутости или...

Расчет стоимости получения заготовки различными методами

При проектировании технологического процесса механической обработки необходимо установить оптимальные припуски, которые бы обеспечивали заданную точность и качество обрабатываемых поверхностей. Припуски могут быть операционными и промежуточными.

Идентификация математической модели обтекания крыльевого...

− относительное положение максимальной вогнутости fx = 0,40.

Численное моделирование в CAE системах, в т. ч. и в ANSYS CFX можно разделить на следующие этапы.

7. Визуализация и анализ результатов расчета в постпроцессоре (ANSYS CFX-Post).

Методическое обеспечение решения математических моделей

На сегодняшнем этапе развития общества трудно представить процесс создания новых

В составе ANSYS первым итерационным решателем, представленный пользователю, был

Клебанов Я. М., Давыдов А. Н. Методика расчета напряженно-деформированного состояния...

Использование в технологическом процессе эффективности метод...

Полезная информация. Спецвыпуски.

Теплота, получаемая от сварочной дуги, используется одновременно для обработки фрезой труднообрабатываемого металла и для пластического формообразования и термической обработки наплавленного металла.

Задать вопрос