CC BY
12
3. ТЕХНОЛОГИЯ ТА УСТАТКУВАННЯ
УДК 674.04 Проф. Б.Я. Кшивецький, д-р техн. наук;
асист. В.Р. Солонинка, канд. техн. наук - НЛТУ Украгни, м. Львiв
1М1ТАЦ1ЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНИХ КЛЕЙОВИХ З'еДНАНЬ ДЕРЕВИНИ В CAD/CAE СИСТЕМАХ
Наведено результати шггацшного моделювання термопластичних полшшшаце-татних клейових з'еднань деревини з використанням CAD/CAE систем. Розроблено алгоритм Ьштацшного моделювання в CAD/CAE системах напружено-деформацшного стану термопластичних клейових з'еднань деревини залежно вщ змши температури та вологосп. Доповнено б1блютечну базу даних CAD/CAE систем ф1зико-мехашчними та ф1зико-хЬшчними характеристиками р1зних порщ деревини та клейовими матер1алами на термопластичнш основа Розроблений алгоритм 1м1тацшного моделювання та сформована база даних дае змогу моделювати змшу вологосп, температури та напружено-деформацшного стану у будь-якш точщ термопластичного клейового з'еднання деревини залежно вщ змши вологост та температури.
Ключовi слова: моделювання, алгоритм, мщшсть, довгов1чшсть, напружено-де-формацшний стан, клей, деревина, волопсть, температура, клейов1 з'еднання, прогнозу-вання.
Довговiчнiсть клейових з'еднань деревини можна прогнозувати за двома методиками, а саме за методикою, в якш не враховують даю зовнiшнiх сил i за методикою, в якiй враховують трив^ навантаження. Для термопластичних клейових з'еднань деревини прогнозування довговiчностi здшснюють за методикою, яка не враховуе до зовнiшнiх сил. Згiдно з цiею методикою, пiд час прогнозування довговiчностi враховують дда атмосферних факторш, оскiльки для таких клейових з'еднань не передбачеш тривалi навантаження [1, 2].
Результати аналiзу методов прогнозування довговiчностi клейових з'еднань засвщчили, що вони базуються на процесах деструкцií, старiння, ввд-шарування, теплового руху атомш i використовуються, зазвичай, для з'еднань деревини, склеених термореактивними клеями. Крш цього, всi вони описують окремо взятий фiзичний або хiмiчний процес, який може ввдбуватися в деревинi або клейовому шв1 Тобто вони не враховують фiзико-механiчних та фiзико-хi-мiчних процесiв, яю будуть вiдбуватися одночасно у деревиш та клейовому швi за цикшчно1 дií вологостi i температури навколишнього середовища. Тому цi методи прогнозування довговiчностi не е точними.
Термопластичш клейовi з'еднання деревини потребують особливого шд-ходу до прогнозування довговiчностi, оскiльки вплив вологостi i температури навколишнього середовища призводить до змши напружено-деформацiйного стану як деревини, так i клею, i будуть характеризуватися íхньою втомою. Тобто фiзико-мехашчш процеси вiдрiзнятимуться вiд процесiв старшня та деструк-цií, якi характеризують термореактивнi клейовi з'еднання деревини. Тому вико-ристовувати для прогнозування довговiчностi термопластичних клейових з'еднань деревини методи прогнозування довговiчностi для термореактивних клейових з'еднань не буде коректно [3, 4].
Прогнозувати довговiчнiсть термопластичних клейових з'еднань дереви-ни можна на основi всебiчного вивчення фiзико-хiмiчних i фiзико-механiчних процес1в, ят будуть вiдбуватися у клейовiй плiвцi та деревинi. Для цього вико-ристано як експериментальнi дослiдження довговiчностi клейових з'еднань де-ревини, так i сучаснi методи дослiджень процеав руйнування твердих матерь ал1в, mi фунтуються на математичному моделюваннi [5, 6].
Для того, щоб прогнозувати довговiчнiсть термопластичних клейових з'еднань деревини потрiбно математично описати та змоделювати змiну напру-жено-деформацiйного стану клейового з'еднання пiд час експлуатацií. Врахову-ючи складнiсть фiзико-механiчних процесiв у термопластичних клейових з'еднаннях деревини шд час експлуатацií, використано сучаснi методи матема-тичного та iмiтацiйного моделювання, якi дали змогу описати фiзико-механiчнi та пружно-деформацiйнi процеси у деревиш та клейовiй плiвцi за ци^чно!' дií вологостi i температури навколишнього середовища [7].
Пружно-деформацiйнi процеси у термопластичних полшшлацетатних клейових з'еднаннях деревини шд час експлуатацií дослвджували за допомогою iмiтацiйного моделювання з використанням методу скiнченних елементiв (МСЕ). Цей метод застосовують для розв'язання задач з механiки твердого тша та побудови для них алгоритмов. В основi МСЕ лежить дискретизащя об'екта на елементарнi областi, ят називають скiнченими елементами [8]. У нашому ви-падку метод сюнченних елемештв для iнтерполяцií виконано в программному за-безпеченi CAD/CAE системах, а саме "SolidWorks" та "COSMOSWorks".
Систему " SolidWorks" створено для твердотшьного параметричного моделювання i вона мае найбiльш розвинену можливкть для створення i редагу-вання поверхонь та спiльного оброблення поверхонь i твердих тал. Ця система мае всю пот^бну номенклатуру шструментав, якi е ефективними для рiзних об'ектав, i дае змогу створювати 1х конфiгурацiю [9].
Для программного забезпечення та вирiшення задач з розрахунтв статис-тично!' мiцностi i стiйкостi лiнiйних i нелiнiйних задач, оптишзацц форми íх збирання в тшйшй постановцi, аналiзу втоми i поведiнки конструкций використано програмне забезпечення "COSMOSWorks". Це програмне забезпечення застосовують для виртення задач з розрахунку на статистичну мiцнiсть i стiйкiсть у лiнiйному i нелМйному розв'язках, видiленнi власних частот, опти-мiзацií форми деталей i складання в лiнiйну постановку, аналiзу втоми i пове-дiнки конструкцií в разi удару. Пакет комп'ютерного забезпечення систем SolidWorks та COSMOSWorks, на сьогодш, використовують для iмiтацiйного моделювання металiв i пластичних мас, для яких е бiблiотечна база основних фiзи-ко-механiчних та фiзико-хiмiчних характеристик. Для деревини та клеш тако1 бiблiотечноí бази даних не iснуе.
Тому для використання системи "SolidWorks" та "COSMOSWorks" шд час моделювання температури, напружень та деформацш у термопластичних клейових з'еднаннях деревини наявну бiблiотечну базу даних доповнено фiзи-ко-механiчними та фiзико-хiмiчними характеристиками деревини та клейових матерiалiв на термопластичнiй основi. Пiсля цього розроблено алгоритм проце-су iмiтацiйного моделювання для термопластичних клейових з'еднань деревини, який наведено на рис. 1:
• Вводяться вхщш даш;
• Формуеться шдексна матриця;
• Визначаються перемiщення в середиш конструкцп;
• Формуеться цикл за часом;
• Формуеться цикл за елементами, який охоплюе:
Введен™ вхщних даних
Рис. 1. Алгоритм для жШацшного моделювання
Вщповщно до розробленого алгоритму виконуються таю завдання:
1. Формування матриц жорсткостi;
2. Формування системи лшшних алгебрашних розв'язюв (СЛАР);
3. Формування системи матрищ жорстко!' глобально!';
4. Формування системи лшшних алгебрашних розв'язкiв.
5. Ведеться розрахунок полiв i деформацiй.
6. Виведення результат.
Сфоpмована база даних та pозpоблений алгоpитм мггацшного моделю-вання даe змогу моделювати змшу вологостi, темпеpатypи та напpyжено-дефоp-мацiйного станy y бyдь-якiй точщ теpмопластичного клейового з,eднання деpе-вини, вpаховyючи пpи цьому циклiчнy дш вологостi та темпеpатypи навко-лишнього сеpедовища.
На основi математичних pозpахyнкiв вологопеpенесення, теплопеpене-сення та на^ужень, з викоpистанням пpогpамного забезпечення штегральних CAD/CAE систем, здiйснено iмiтацiйне моделювання напpyжено-дефоpма-цiйного стану у теpмопластичних клейових з,eднаннях деpевини. Змiнy темпе-pатypи та напpyжень у теpмопластичних клейових з,eднаннях деpевини визна-чали на гpаницi pозподiлy деpевина-клей, на вщсташ 0,5 мм вiд клейового шва по деpевинi та по сеpединi клейового шва. Такi площини вибpанi на основi ана-лiзy фiзико-хiмiчних та фiзико-механiчних пpоцесiв i наведено на p^. 2-4.
Як видно з наведених гpафiкiв, тpивала д1я темпеpатyp на клейове з^днання деpевини пpизводить до змiни темпеpатypи як деpевини, так i клейового шва. Рiзниця e мiж темпеpатypою в сеpединi зpазка та на його повеp-хнi, як у деpевинi так i в клею. Така змша темпеpатypи у сеpединi зpазка вщбу-ваeться у тpьох площинах клейового з,eднання. Аналогiчнi iмiтацiйнi залежнос-тi змiни пpyжно-дефоpмацiйного стану у теpмопластичних клейових з,eднаннях деpевини наведено на pис. 5-7 за темпеpатypи нагpiвання 100 с.
Рис. 2. РозподЫ тeмпeратури у тeрмопластичних клгйових з'еднаннях дeрeвини на границi дeрeвuна-клeй за нагргвання протягом 1OO с:
а) у клейовому з'еднант; б) графiчний
Рис. 3. РозподЫ тeмпeратурuу тeрмопластuчнux клгйовихз'еднаннях дeрeвuнu на в1дстан1 O,5 мм в1д клeйового шару за нагр1вання протягом 1OO с:
а) у клейовому з'еднант; б) графiчний
Рис. 4. РозподЫ температури в клейовому з'еднат деревини по середин клейового шару за нагргвання протягом 100 с: а) у клейовому з'еднанм; б) графЫний
Рис. 5. РозподЫ напружень у термопластичных клейових з'еднаннях деревини на границ деревина-клей за нагргвання протягом 100 с: а) у клейовому з 'еднанм; б) графiчний
Рис. 6. РозподЫ напружень у термопластичних клейових з'еднаннях деревини на вгдстат 0,5 мм вгд клейового шару за нагргвання протягом 100 с:
а) у клейовому з'еднанм; б) графЫний
Рис. 7. РозподЫ напружень в клейовому з'еднат деревини по середит клейового шару за нагр1вання протягом 100 с: а) у клейовому з'еднанш; б) графхчний
Як видно з рис. 5-7, тривале нагршання клейового з'еднання деревини протягом 100 с призводить до значно'1 змши температури як деревини, так i клею. В основному, рiзниця мiж температурою в середиш зразка як у деревиш, так i в клею не перевищуе 0,01 °К i змшюеться по периметру зразка. Аналогiчна змша температури у серединi зразка вщбуваеться у трьох площинах клейового з'еднання.
Пружно-деформацшний стан термопластичного клейового з'еднання деревини за на^вання 100 с буде змшюватись практично однаково незалежно вiд площини, що дослщжуеться.
Отже, можна зробити висновок, що iз збтьшенням тривалостi нагршан-ня термопластичних клейових з'еднань деревини до 100 с, збшьшуеться зона на^вання як деревини, так i клею. Разом з тим змшюються i напруження, якi виникають iз всиханням деревини та пластичнiстю клейового шва.
Лггература
1. Фрейдин АС. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины / АС. Фрейдин, К.Т. Вуба. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1980. - 223 с.
2. Хрулев В.М. Долговечность клееной древесины / В.М. Хрулев. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1971. - 160 с.
3. Фрейдин АС. Прочность и долговечность клеевых соединений / АС. Фрейдин. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Химия", 1981. - 270 с.
4. Кшивецкий Б.Я. О долговечности клеевых соединений в деревообработке / Б.В. Проко-пович, О.П. Гупало // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. - Брянск (РФ) : Изд-во БГИТА. - 2001. - Вып. 4. - С. 61-64.
5. Кшивецький Б.Я. Моделювання напружень у термопластичних клейових з'еднань деревини / Б.Я. Кшивецький, М.Г. Чаусов // Лкове господарство, лкова, паперова i деревообробна промисловкть : мiжвiдомч. наук.-техн. зб. - Л^в : Вид-во НЛТУ Укра!ни. - 2012. - Вип. 38. -С. 65-69.
6. Кшивецький Б.Я. До^дження довговiчностi з'еднань твердолистяних порщ деревини клеями на основi полiвiнiлацетату / Б.Я. Кшивецький // Науковий вкник УкрДЛТУ : зб. наук-техн. праць. - Львiв : Вид-во УкрДЛТУ. - 2004. - Вип. 14.7. - С. 99-103.
7. Кшивецький Б.Я. Прогнозування довговiчностi термопластичних клейових з'еднань деревини за допомогою математично! моделi / Б.Я. Кшивецький // Проблеми трибологп: мiжнарод-ний науковий журнал. - Хмельницький НУ. - 2012. - № 4. - С. 38-42.
8. Морозов Е.М. Метод конечных элементов в механике разрушения / Е.М. Морозов. - М. : Изд-во "Наука", 1980. - 256 с.
9. Алямовский А.А. Компьютерное моделирование в инженерной практики / А.А. Алямов-ский, А.А. Собачкин, Е В. Одинцов, А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарев. - СПб. : Изд-во "БХВ-Петербург", 2005. - 800 с.
Кшивецкий Б.Я., Солонинка В.Р. Имитационное моделирование термопластических клеевых соединений древесины в CAD/CAD системах
Приведены результаты имитационного моделирования термопластических поли-винилацетатных клеевых соединений древесины с использованием CAD/CAE систем. Разработан алгоритм имитационного моделирования в CAD/CAE системах напряженно-деформационного состояния термопластических клеевых соединений древесины в зависимости от изменения температуры и влажности. Дополнена библиотечная база данных CAD/CAE систем физико-механическими и физико-химическими характеристиками различных пород древесины и клеевых материалов на термопластической основе. Разработанный алгоритм имитационного моделирования и сформированная база данных позволяют моделировать изменение влажности, температуры и напряженно-деформационного состояния в любой точке термопластического клеевого соединения древесины в зависимости от изменения влажности и температуры.
Ключевые слова: моделирование, алгоритм, прочность, долговечность, напряженно-деформационное состояние, клей, древесина, влажность, температура, клеевые соединения, прогнозирование.
Kshyvetskyy B. Ya., Solonynka V.R. Simulation Modeling of Thermoplastic Adhesive Wood Joints Using CAD/CAE Systems
Some results of simulation modeling of thermoplastic polyvinyl acetate adhesive wood joints using CAD/CAE systems are presented. Based on CAD/CAE systems, an algorithm has been developed for simulation modeling of stress-strain state in thermoplastic adhesive wood joints depending on ambient temperature and humidity. The library database of CAD/CAE systems was supplemented by physical-and-mechanical and physical-and-chemical characteristics of various wood species and thermoplastic glue mixes. The developed algorithm allows for simulating changes in moisture content, temperature, and stress-strain state at any point of the thermoplastic adhesive wood joints depending on varying ambient temperature and humidity.
Keywords: modeling, algorithm, strength, durability, stress-strain state, adhesive, wood, humidity, adhesive joint, temperature, prediction.
УДК674.002.5:620.19 Астр. В.В. Войтович;
проф. В.В. Шостак, д-р техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
СТРУКТУРА РЕМОНТНОГО ЦИКЛУ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СТР1ЧКОПИЛКОВОГО ВЕРСТАТА
В осж^ проблеми керування техшчним станом верстайв шд час !х експлуатацп лежить розроблення обгрунтовано! структури ремонтного циклу. Описано результати моделювання за методом Монте-Карло змши техшчного стану верстата як складно! ре-монтовано! системи. Визначено рiвняння регресп параметра потоку вщмов верстата як функцп вщ часу оперативно! роботи верстата. Обгрунтовано структуру ремонтного циклу та його параметри. Рекомендовано тривалiсть мiжоглядових та мiжремонтних перкдав i тривалiсть ремонтного циклу.
Ключовi слова: стрiчкопилковий верстат, структура ремонтного циклу, параметр потоку вщмов, модулювання, ремонт, оптишзащя.
Постановка проблеми. Шдвищення надшносп вичизняного деревооб-робного обладнання е ключовою проблемою з погляду розвитку економiчного потенщалу i переходу до нових форм господарського розрахунку на деревооб-робних шдприемствах. Керування техшчним станом верстапв шд час експлу-атацií визначаеться передусш стратегiею технiчного обслуговування i ремонту, побудованою на науково обфунтованш структурi ремонтного циклу. Насампе-ред це стосуеться нових тишв верстапв, що почали випускати в УкраМ.
