CC BY
11
© A.B. Проскоков, A.B. Филиппов, 2012
А.В. Проскоков, А.В. Филиппов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РЕЗАНИИ ДЕТАЛЕЙ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ МАШИН
Предложен метод определения линий тока для пластически деформируемого материала в процессе воздействия инструмента. Представлена схема проведения эксперимента. Наглядно представлены результаты построения линий тока. Ключевые слова: Деформированное состояние, цифровая корреляция изображений, линии тока, пластические деформации, векторное поле деформаций.
Определение кинематики деформированного состояния при неоднородной пластической деформации важная и сложная задача для современного анализа. Особенно важно при исследовании движения грунтовых масс знать объемы движения залегающих пластов с целью определения усилий, необходимых для перемещения грунтов для чего определяются траектории движения частиц деформируемого материала.
Теоретические исследования зачастую не дают достаточного наглядного представления об исследуемых процессах и не всегда позволяют установить необходимые зависимости различных параметров процесса. Поэтому большое значение имеют экспериментально-аналитические методы. Одним, из таких методов является спекл-интерферометрия — бесконтактный оптический метод неразрушающего исследования напряженно-деформированного состояния объекта. На сегодняшний день он нашел широкое применение для определения полей деформаций и напряжений при статических исследованиях одноосной деформации, в телеметрических системах и биомедицинских технологиях. Применение цифровой корреляции изображений позволяет проводить исследования процессов деформации в реальном времени, и сократить трудоемкость обработки и анализа экспериментальных данных. Важным достоинством является низкая чувствительность этого метода к вибрациям механической системы [1]. Основным ограничением при применении метода цифровой корреляционной спекл-интерферометрии является быстродействие применяемой видеокамеры, а именно время экспозиции.
Рис. 1. Схема исследования деформаций материала с применением метода спекл-интерферометрии: 1 — инструмент; 2 — объект исследования; 3 — цифровая видеокамера; 4 — лазер с расширителем пучка; 5 — персональный компьютер
С целью моделирования деформационных процессов в пластичных грунтах и определения линий тока материалов сконструирована и изготовлена экспериментальная установка с вращающимся диском (см. рис. 1).
Исследования с применением метода цифровой корреляционной спекл-интерферометрии проводились в институте физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН г. Томск. При проведении эксперимента зона деформации освещается пучком когерентного монохроматического света от лазера 4 (см. рис. 1). Происходящие деформации регистрируются цифровой видеокамерой 3, с частотой 25 кадров в секунду, и передает на персональный компьютер, что позволяет отслеживать происходящие деформации в реальном времени. В качестве модельного материала выбрана медь М1. Исследуемый образец — медный диск 2 вращается со скоростью 13 мм/мин, столь низкая скорость обуславливается временем экспозиции имеющейся видеокамеры. Деформация образца осуществляется при помощи режущего инструмента 1.
Рис. 2. Схема построения поля деформаций в исследуемой области
Рис. 3. Векторное поле деформаций в исследуемой области
Фрагменты видеозаписи разбивались на последовательные кадры и делились на ячейки с выбранным шагом. На основе, корреляционного анализа были рассчитаны и построены вектора перемещения деформируемого материала для каждой узловой точки (см. рис. 2). В результате получены картины векторных полей в зоне деформации, показывающие направление и величину вектора перемещения, с выбранным шагом координатной сетки (см. рис. 3).
Этот способ может быть применен при исследовании деформаций практически любых пластически деформируемых материалов, поскольку нет необходимости в дополнительной обработке исследуемой поверхности [2] (нанесении покрытий, полирование и т.п.).
В ходе дальнейшего анализа экспериментальных данных были получены данные о распределении областей равной величины
Рис. 4. Распределение векторов перемещения при резании меди М1 со скоростью У= 13 мм/мин, резцом прямолинейной передней поверхностью, передний угол у=0°: а — области равных перемещений векторов деформации; б — области равных углов поворота векторов деформации
векторов деформации в области пластического течения материала (см. рис. 4, а). Цифрами обозначены величины усредненного значения суммарных перемещений в мкм. На рис. 4, б схематично изображены результаты построения линий равных углов вектора деформаций, которые дают представление об изменении угла наклона вектора перемещения, относительно вертикальной оси, в области пластической деформации материала.
Линии тока — кривые, касательные к которым в каждой точке параллельны вектору скорости перемещения материальной точки, совпадающей с данной точкой [3]. Для стационарного (установившегося) течения линии тока совпадают с траекториями движения частиц материла. Принимаем линии поворота за граничные линии, между которыми траектории движения частиц материала постоянны, т.е. угол поворота вектора перемещения в их пределах остается постоянным.
Построение линий тока выполняется следующим образом, построим точку А на некоторой линии поворота к и проведем из нее отрезок АВ под углом 0. Где 0 — угол наклона вектора перемещения в точке А относительно вертикальной оси. Затем разобьем отрезок АВ пополам. Из точки Э строим отрезок ЭС под углом 0'. Где 0' — угол наклона вектора перемещения в точке С лежащей на линии поворота т, относительно вертикальной оси.
Рис. 5. Схема построения отрезка линии тока
Рис.6. Линии тока при резании меди М1 со скоростью V= 13 мм/мин, резцом с передним углом у=0°
Точки А, С и D можно объединить кривой ADC (при подобных построениях применяют кривые второго и третьего порядка) при этом углы у и у' должны быть приближенно равны между собой. у и у' — углы между касательной линией l к кривой ADC в точке D и отрезком AD и DC соответственно. При их построении должно выполняться условие у=у'<10°. В случае у=у'>10° нужно построить линии поворота с меньшим интервалом, с целью увеличения точности при построении линий тока.
Таким образом, по полученным экспериментальным данным, были построенные линии тока деформируемого материала. Схема построения отрезка линии тока представлена на рис. 5.
На рис. 6 схематично показаны лини тока, построенные на основе распределения зон равного поворота деформируемых точек. Построенные линии наглядно показывают направление течения материала деформируемого и позволяют определить действительную вершину лезвия инструмент.
Таким образом, можно сопоставить полученные результаты экспериментов с большими объемами пластичных грунтовых масс, что позволит определять направление их смешения.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волков И. В. Внестендовая спекл-голография. Использование голо-графической и спекл-интерферометрии при измерении деформаций натурных конструкций. Компьютерная оптика, том 34. — C.82-89.
2. Рябухо В. П. Спекл-интерферометрия. Соровский образовательный журнал. Том 7. №5. 2001. С.1-9.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. теория обработки металлов давлением. Москва: изд. Машиностроение, 1977. 423с. ¡¡¡ИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Проскоков Андрей Владимирович — кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected],
Филиппов Андрей Владимирович — ассистент, e-mail: [email protected] Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета,
