CC BY
24
УДК 621.983; 539.374
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НА НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЯ ЗАГОТОВКИ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПНЕВМОФОРМОВКЕ КУПОЛООБРАЗНЫХ ДЕТАЛЕЙ
С.Н. Ларин, В.И. Платонов, А.В. Чарин, Я. А. Соболев
Выявлено влияние технологических параметров, плоскостной анизотропии механических свойств высокопрочных листовых материалов, подчиняющихся кинетической теории ползучести и ползучести, на напряженное и деформированное состояние заготовки и её геометрические характеристики при изотермическом деформировании куполообразных деталей в условиях вязкого течения материала.
Ключевые слова: анизотропия, повреждаемость, разрушение, куполообразные детали, пневмоформовка, вязкость.
В работах [1-4] рассмотрено деформирование круглой листовой заготовки радиуса Rq и толщиной Hq при изотермической пневмоформовке
куполообразной оболочки под действием избыточного давления газа p в
режиме кратковременной ползучести. Материал заготовки обладает плоскостной анизотропией, а сама заготовка рассматривается как мембрана. По внешнему контуру заготовка закреплена. Оси координат x, y, z - главные оси анизотропии, совпадающие с направлениями прокатки (ось x), поперек прокатки (ось y) и перпендикулярным плоскости листа (ось z) (рис. 1). Предполагается, что коэффициенты анизотропии вдоль и поперек прокатки равны, т.е. Rx = Ry. Напряженное состояние оболочки
принимается плоским (s z = 0). В силу симметрии механических свойств относительно осей координат x, y и x', составляющей с осью x угол 45°, и характера нагружения, меридиональные и окружные направления являются главными и совпадающими для напряжений и скоростей деформации в сечениях оболочки меридиональными плоскостями xoz, yoz, x 'oz и коническими поверхностями, перпендикулярными дуге меридиана. Принимаем, что срединная линия в меридиональных плоскостях, указанных выше xoz, yoz и x'oz, при деформировании является частью окружности. Предполагаем, что на каждом этапе деформирования течение материала оболочки в этих плоскостях радиальное по отношению к новому центру.
Детальный анализ влияния коэффициента нормальной анизотропии механических свойств листового материала, параметров закона нагруже-ния на напряженное и деформированное состояние заготовки и её геометрические характеристики, силовые режимы и предельные возможности
формоизменения при изотермической пневмоформовке куполообразных деталей из трансверсально-изотропного материала в условиях вязкого течения материала рассмотрен в статьях [1 - 4]. Ниже остановимся только на влиянии плоскостной анизотропии механических свойств заготовки на напряженное и деформированное состояние заготовки и её геометрические характеристики в процессе формоизменения материалов, подчиняющихся кинетической теории ползучести и повреждаемости [5 - 7].
Рис. 1. Схема к расчету деформированного состояния срединной поверхности заготовки в меридиональной плоскости
В результате расчетов определялись меридиональные sm и окружные st напряжения, эквивалентное напряжение se и эквивалентная скорость деформации Xe, толщины в вершине куполообразной заготовки (точка С) и в местах её закрепления (точка А и В), высота полусферы H, величины накопленных микроповреждений we в вершине куполообразной заготовки и в местах её закрепления от времени деформирования t. Заметим, что точка закрепления заготовки А расположена в направлении главной оси анизотропии х(ф = 0°), а точка В - в направлении ф = 45° к ней соответственно (0 = а). Величины коэффициентов анизотропии изменялись в пределах 0,2...2,0.
На рис. 2 представлены зависимости изменения относительных ве-
f B С f ВС _
личин sm = sв / sm , s = s t / s t и H = H / Ro от времени деформирования t для материалов, подчиняющихся кинетической теории ползучести
С С
и повреждаемости соответственно. Здесь sm и st - меридиональные и окружные напряжения в вершине куполообразной детали; Ro = 300 мм;
Rx = Ry = 1; p0 = 0,008 МПа; ap = 0,004 МПа/сПр ; np = 0,3 .
1 ,2 -г 1 ,80
Я
0 ,9 --
□ ,6 --
О ,3 --
а
1 ,45
1 ,10 т
0,75
О ,0 -1- 0,40
1 Я45 = 0,2 1 Д>5 = 1 ^5 = 2
/ / / /
Ч / / /
Т-"
с \
100 200 300 400 500 600 700 800 С 1000 / -►
а
1 ,2
О ,9
О ,6 -
Я
0,90
0,70
0,50
СТу
О ,3 - 0,30
0,0 -I- 0,10
Д45 = 2 / *45 / = 1 4 /
н Чь / / / *
\ - ** * = / = 0,2
г р ■-*-
100 200 300 400 500 600 700 800 С 1000
Г-►
б
Рис. 2. Зависимости изменения относительных величин о'т, и Н от времени деформирования ?
Анализ графических зависимостей и результатов расчетов показывает, что с увеличением времени деформирования ? относительные величины от и о уменьшаются и увеличивается разница между величинами
В с в с от и от, ов и ос в точке закрепления В и в вершине куполообразной
детали (точка С). Увеличение коэффициента анизотропии Д45 при фиксированных значениях Ях =Яу приводит к уменьшению относительной величины и росту 07.
На рис. 3 представлены графические зависимости изменения относи-
_и ТУ
тельной величины радиуса кривизны р^ = р^ /7?о в точке закрепления Вот времени деформирования ? при фиксированных значениях коэффициентов анизотропии Д45 для материала, поведение которого описывается кинетической теорией ползучести и повреждаемости при Ях=Яу = 1; 7?о-300
мм; р0 = 0,008 МПа; ар = 0,004 МПа/ср ; пр = 0,3 .
з
2.7
▲
2.4 2.1
1 ,5 1 .2
120 220 320 420 520 620 720 С 920 / -►
_т>
Рис. 3. Зависимости изменения относительной величины рг от времени деформирования I
Анализ результатов расчета и графических зависимостей, представленных на рис. 3, показывает, что с увеличением времени деформирования
_ Т>
! относительная величина радиуса кривизны р/ в точке закрепления В резко уменьшается. Падение коэффициента анизотропии Я45 приводит к
_и
росту относительной величины рг . Вывод
Установлено, что плоскостная анизотропия механических свойств заготовки оказывает существенное влияние на напряженное и деформированное состояния и геометрические размеры куполообразных деталей.
Работа выполнена в рамках базовой части Государственного задания №2014/227 на выполнение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и гранта РФФИ № 14-08-00066 а.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Ларин С.Н., Леонова Е.В. Теоретические основы изотермического деформирования анизотропных высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести // Известия Тульского государственного университета. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 1. С. 110 - 122.
2. Математическая модель изотермического деформирования куполообразных оболочек из анизотропных материалов в режиме ползучести / С.Н.Ларин, С.С. Яковлев, В.И. Платонов, Я. А. Соболев // Известия Тульского государственного университета. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 3. С.168 - 174.
3. Силовые режимы изотермической пневмоформовки куполообразных деталей из высокопрочных трансверсально-изотропных материалов в режиме вязкого течения / С.С. Яковлев, С.Н. Ларин, В.И. Платонов, Я.А. Соболев // Известия Тульского государственного университета. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 4. С. 47 - 55.
4. Ларин С.Н., Яковлев С.С., Платонов В.И. Предельные возможности изотермического деформирования куполообразных оболочек из высокопрочных анизотропных материалов в режиме вязкого течения // Известия Тульского государственного университета. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 5. С. 43 - 48.
5. Яковлев С.С., Ларин С.Н., Платонов В.И. Изотермическая пнев-моформовка куполообразных деталей из листовых материалов с плоскостной анизотропией в режиме ползучести // Известия Тульского государственного университета. Тула: Изд-во ТулГУ. 2015. Вып. 4. С. 84 - 95.
6. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я.А. Соболев. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
7. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев, В.Н. Чудин, Я.А. Соболев, С.П. Яковлев, В.И. Трегубов, С.Н. Ларин. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., тр/-Ма@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., тр^ику'агатЪкг.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чарин Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru., Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Соболев Яков Алексеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula a ramhler.ru, Россия, Москва, ОАО «Вектор»
INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS, ANISOTROPY OF MECHANICAL PROPERTIES ON THE STRESS AND STRAIN STATE OF THE WORKPIECE DURING ISOTHERMAL PNEVMOFORMING DOMED PARTS
S.N. Larin, V.I. Platonov, A. V. Charin, Ya.A. Sobolev
The influence of process parameters, the ME-plane anisotropy-mechanical properties of high-strength sheet materials obeying the kinetic theory of creep and creep on the stress and strain state of the workpiece and its geometric characteristics of isothermal deformation of dome-shaped parts in a viscous flow of material.
Key words: anisotropy, defect, failure, dome-shaped details, pnevmoforming viscosity.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Charin Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent,mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sobolev Yakov Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Moskow, Vektor OJSC
