CC BY
34
2. Amosov A.P., Latukhin E.I., Davydov D.M., The influence of gas atmosphere composition on formation of surface films in self-propagating high-temperature synthesis of porous Ti3SiC2, Modern Applied Science, 9 (2015) 3, 17-24
3. Davydov D. M., Amosov A. P., Latukhin E. I. Synthesis of MAX-Phase of Titanium Silicon Carbide (Ti3SiC2) as a Promising Electric Contact Material by SHS Pressing Method. Applied Mechanics and Materials Vol. 792 (2015) pp 596-601 doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.792.596
4. Мукасьян А.С., Рогачев А.С. Горение для синтеза материалов. М.:Физматлит, 2013,13.
5. Jerzy Lis, Roman Pampuch, Tomasz Rudnik, Zbigniew Wegrzyn. Reaction sintering phenomena of self-propagating high-temperature synthesis-derived ceramic powders in the Ti-Si-C system //Solid States Ionics.1997.P.59-64.
6. Сметкин А. А., Майоров Ю.К. Свойства материалов на основе МАХ фаз // Вестник Пермского НИПУ. 2015. Т.15.№4. С.120-138.
Golovan Anton Alexandrovich, master student
(e-mail: gaz163@yandex.ru) Tel. number +7-937-064-58-65
Samara State Technical university, Samara, Russia
Latukhin Evgeny Ivanovich, Cand.Tech.Sci., docent
(e-mail: evgelat@yandex.ru)
Samara State Technical university, Samara, Russia
Borisov Denis Vyacheslavovich, master student
(e-mail:denis.dub@mail.ru)
Samara State Technical university, Samara, Russia
THE STUDY OF THE INFLUENCE OF COPPER ON THE SYNTHESIS PRODUCTS OF MAX-PHASES IN THE SYSTEM TI-SI-C.
Abstract. This article presents the results of study of interaction in the self-propagating high-temperature synthesis of copper melt and max-phase of Ti3SiC2. The results of study using raster electronic microscope Jeol JSM-6390A, diffractometr ARL X'TRA-138.
Keywords: self-propagating high-temperature synthesis, Max-phase, Ti3SiC2, electrocontact.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ФЕРМ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ SOLID WORKS
Гусев Владимир Григорьевич, д.т.н., проф., Якушин Иван Александрович, магистрант
(e-mail:Ammida_Buda@mail.ru) Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, г.Владимир, Россия
В данной статье в программной среде SolidWorks приведен анализ механической прочности несущих ферм из алюминиевого сплава что позволило повысить качество проектирования и значительно сократить время на выполнение описанной процедуры.
Ключевые слова: прочностной анализ, SolidWorks, несущие фермы, проектирование.
Для быстрого монтажа и демонтажа легких конструкций под инсталляции света, рекламы, декораций в выставочных залах, магазинах, ресторанах, эстрадных площадках и т. д. используют фермы из конструкционного алюминиевого сплава АД35 Т1 ГОСТ 4784-97 (6082 Т6 EN 755-9). Используют диаметры применяемых труб от 12 до 60 мм с толщиной стенки от 1,5 до 5 мм. Сварка производится по ГОСТ 14806-80 в среде инертного газа (аргон) на оборудовании, например, фирмы REHM INVERTIG. Фланцы и соединительные элементы изготавливаются на станках с ЧПУ.
Фермой называют решетчатую сквозную конструкцию, состоящую из отдельных прямолинейных стержней, соединенных между собой в узлы. Работает ферма на изгиб от внешней вертикальной нагрузки, как правило, приложенной в узлах. Благодаря этому в элементах фермы возникают осевые растягивающие и сжимающие усилия, что обеспечивает возможность наиболее полного использования несущей способности материала, по сравнению с балками, работающими на изгиб. Целесообразность применения ферм возрастает с увеличением пролета и уменьшением расчетной нагрузки на ферму.
Каждая ферма имеет паспортные данные, в которых указана предельная допускаемая безопасная нагрузка. Эффективное проектирование конструкции ферм достигается на основе использования современных программных продуктов, например, Solid Works 2015, который обладает всеми необходимыми инструментами для получения 3D-модели изделия и проведения прочностного анализа.
Составным элементом проектирования является расчет деталей и узлов на механическую прочность, т. е. рассмотрение следующих вопросов:
• выдержит ли спроектированная деталь заданные нагрузки?
• каким образом будет деформироваться ферма и будут ли выполняться требуемые условия ее жесткости?
• можно ли провести оптимизацию формы детали, с целью использования меньшего объема материала без ущерба прочностным и эксплуатационным характеристикам?
При отсутствии инструментов анализа на эти вопросы можно ответить только после практической реализации дорогостоящих и занимающих много времени циклов разработки изделия, каждый из которых обычно включает следующие этапы:
• построение 3-D модели в системе трехмерного твердотельного моделирования SolidWorks 2015;
• создание опытного образца изделия;
• производственные испытания опытного образца;
• оценка результатов производственных испытаний;
• корректировка модели на основе результатов производственных испытаний.
Этот процесс решается методом итерации, при котором этапы разработки в т. ч. расчетные продолжаются до тех, пока не будет получено удовлетворительное решение задачи.
С помощью прочностного анализа можно выполнить следующие задачи:
• снизить затраты, выполнив прочностное тестирование модели на компьютере, а не в процессе дорогостоящих производственных испытаний;
• сократить время разработки путем уменьшения количества циклов;
• оптимизировать конструкцию, смоделировав несколько вариантов и сценариев перед принятием окончательного решения и отведя больше времени на обдумывание новых проектов.
В основе прочностного анализа, реализованного в Simulation Xpress и Simulation, осуществлен метод конечных элементов (МКЭ). МКЭ - это надежный численный метод анализа задач по проектированию. МКЭ разбивает сложную задачу на несколько простых. В нем модель делится на несколько простых форм, называемых элементами (конечными элементами). Элементы имеют общие точки, называемые узлами. Поведение этих элементов хорошо известно при любых возможных сценариях приложения нагрузок [1].
Движение каждого узла полностью описывается перемещениями в направлениях координатных осей X, Y и Z. Возможные перемещения называют степенями свободы. В среде Simulation Xpress и Simulation составляют уравнения, характеризующие поведение каждого элемента и учитывающие его связи с другими элементами. Эти уравнения устанавливают взаимосвязь между перемещениями и известными свойствами материалов, ограничениями и нагрузками.
Затем программа преобразует уравнения в большую систему алгебраических уравнений, в результате решения которой определяются перемещения в направлении осей X, Y и Z в каждом узле. Используя перемещения, программа на основе математических формул рассчитывает напряжения, действующие в различных направлениях.
В процессе анализа напряжений или статического анализа на основе задания материала, ограничений и нагрузок рассчитываются перемещения и напряжения в самих деталях. Материал разрушается, когда напряжение достигнет определенного уровня. Разные материалы разрушаются при различных уровнях напряжения.
Покажем на примере прочностного расчета фермы стоечной SR 36 длиной L = 1,8 м функционирование программы Simulation. Основные параметры ферм серии Т29 (Рис.1): соединительная система С2; материал -алюминиевый сплав АД35 Т1 ГОСТ 4784-97 (6082 Т6 EN 755-9) (AlSi1MgMn); размер основной трубы 50*2,5 мм; размер трубы раскосов 20x2 мм [2].
Рисунок 1 - Конструкция разрабатываемой фермы
Рисунок 2 - Ферма под нагрузкой
Рисунок 3 - Сетка конечных элементов
Первым важным шагом является выбор материла конструкции, т. к. он определяет прочностные данные для расчета. Можно использовать материал, выбрав данные из марочника. Второй шаг - это задание условий, каким способом соединяются между собой компоненты сборки: вкладка «Simulation - Консультант» по соединениям - «Набор контактов» (пружина, штифт, болт, подшипник, торцевой сварной шов и т. д. в зависимости от того, каким способом соединены детали).
Третий шаг - крепление конструкции: вкладка «Simulation - консультант» по креплениям - «Фиксированная геометрия» (фиксированный шар-
нир, ролик/скольжение и т. д.). Задаем фиксирование граней крайних фланцев. Четвертый шаг - задание внешних нагрузок: вкладка «Simulation - консультант» по внешним нагрузкам - сила (крутящий момент, давление, сила тяжести, и т. д.). Задаем внешнюю равномерно распределенную нагрузку на конструкцию, создаваемую гравитационными силами и действующую перпендикулярно вниз (например, сосредоточенная нагрузка 40000 Н) (Рис.2).
Статический а нэп из 1_ [-По умолчанию-) Детали
Группа соединений Соединения —Крепления
ЗафиксироБанный-1 -]- Д' | Внешние нагрузки
Сил а -1 (:На объект: -БООО Ы :) Сетка
_~ Параметры результатов
33 ГД~| Отчет —]-■ гЕГ| Резул ьтаты
^ I ДЫ .1 -У. ►! м L Н J, I h!4nB>l
|ji=a," Переыещение1 [-Расположение результата-) QSa^ Деформация!. (-Эквивалент-)
Перемещение1{1} [-Перемещение-) Запас прочности! (-FOS-)
а)
Название исследования:Статический анализ 1(-По умолчанию-) Тип зпюры: Осевой напряжение (Р/А) Напряжение!
1200.00 1 000.00 800.00 600.00 400.00
^ 200.00
Е. 0.00 а;
* -200.00
О
Ц|
^ -400.00 -600.00 -800.00 -1 000.00
#1 6704 #1 6697 #16617 #16542 #1 6762 #1 6689 #1 6461 #1 6332 #1 6426 #16479 #1 6398 #1 6522
Осевой P/A(N,W2 (МРа)) 7.46231,-989.235
б)
Рисунок 4 - Результат вычисления в эпюрах
После задания всех условий переходим к построению сетки. Ползунком можно выбирать более высокое или грубое построение сетки. При высоком построении вся модель будет разбита на большее количество участков и будут проведены более точные вычисления, но при этом нужна более мощная ЭВМ, т. к. на этот процесс выделяется большое количество оперативной памяти (Рис. 3). Выбираем среднюю точность построения и запускаем процесс создания сетки
Запускаем процесс расчета нагрузки и как результат получаем эпюры напряжения, деформации, перемещения и запаса прочности (Рис. 4).
Эпюра напряжения (критерий Мизеса) - определяет предельную несущую способность на основе сравнения величины эквивалентного напряжения с пределом текучести материала. Критерий применим к изотропным материалам.
а)
г-- ^ ^ ^ Г-
rsj <
да "ч£>
сг> г--«
i_j~i m
m ui
б)
Рисунок 5 - Поле напряжений для балок
По результатам проектирования можно сделать вывод о том, что предел текучести материала конструктивных элементов фермы не достигнут, поэтому конструкция фермы под действием нагрузки не разрушится (Рис.5).
По итогам проведенных расчетов программная среда Solid Works 2015 может генерировать результаты моделирования в текстовом редакторе Word. Инструменты Solid Works 2015 позволяют анализировать результаты расчетов, при этом используется, в частности, вкладка «Simulations -Консультант», которая предлагает построить дополнительные эпюры напряжений, из них выбираем «Отобразить эпюру» запаса прочности.
Из эпюры запаса прочности следует, что коэффициент безопасности равен 0,7008, поэтому «Консультант - Simulation» на дисплее предупреждает: «Запас прочности меньше 1». Это значение свидетельствует о том, что разработанный проект является нереальным, так как прочность фермы не обеспечена.
Программа выдает рекомендацию: «Проверьте, есть ли в Вашем проекте особые точки напряжения». Реагируем на эту рекомендацию и выбираем пункт «Предложения по улучшению проекта». Уменьшаем значение сосредоточенной силовой нагрузки на ферму с 40000 Н до 28000 Н и проводим расчеты заново. По результатам расчета получаем коэффициент запаса прочности 1.
Таким образом, используя программную среду Solid Works 2015 и заложенный в ней метод итерации, можно оперативно рассчитать стержневую ферму с требуемым запасом механической прочности.
Список литературы
1. Алямовский, А. А. SolidWorks Simulation. Как решать практические задачи. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012. — 448 с.
2. Ловыгин, А. А., Теверовский Л. В. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-сис-тема. - М.: ДМК Пресс, 2012. - 279 с.
Gusev Vladimir G., Doctor of Technical Science, Professor
Yakutin Ivan, student (e-mail:Ammida_Buda@mail.m)
Vladimir State University, Vladimir, Russia
AUTOMATED DESIGN OF TRUSSES IN THE SOFTWARE
SOLID WORKS ENVIRONMENT
This article reveals the process of stress analysis, implemented in the module Simulation software product SolidWorks 2015, when designing trusses of aluminum alloy.
Keywords: strength analysis, SolidWorks, supporting farm design.
ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ СТАНКОВ С ЧПУ Дибиров Сайбула Юсупович, к.т.н., доцент (e-mail: sdibirov@mail.ru);
Бахмудкадиев Нухкади Джалалович, к.т.н., доцент Дагестанский государственный педагогический университет,
г.Махачкала, Россия (e-mail: nuhkadi@mail.ru) Дудин Владимир Иосифович, к.т.н. доцент Московский технологический университет, Россия
В статье рассматриваются особенности влияния температурных деформаций многооперационных станков с ЧПУ (МС) на точность обработки основных поверхностей корпусных деталей машин.
Ключевые слова: многооперационные станки, тепловые деформации станков, точность обработки
