Исследование силовых характеристик системы «Индуктор заготовка» Текст научной статьи по специальности «Физика»

Presented some results of experimental studies of power modes drawing with wall thinning two-layer steel. Revealed satisfactory agreement of theoretical and experimental studies of power modes drawing operation with wall thinning two-layer steel. The maximum value of discrepancy between the theoretical and experimental data does not exceed 10%.

Key words: anisotropy experiment, extractor hood, double layer material, strain rate, strain, stress, strength, ductility.

Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, rector, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, NPO «SPLA V»

Bessmertnaya Yuliya Vyaceslavovna, candidate of technical science, assistant, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК. 621.7, 539.3

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ «ИНДУКТОР - ЗАГОТОВКА»

В. Д. Кухарь, А.Е. Киреева

В работе представлены исследования силовых характеристик процесса обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором.

Ключевые слова: индуктор, математическая модель, заготовка, обжим, пон-деромоторные силы.

На базе разработанной математической модели [1], которая позволяет описать электродинамические процессы в системе трехмерных тел, разделенных непроводящей средой, были проведены исследования обжима цилиндрической заготовки одновитковым индуктором, конструкция которого представлена на рис.1, а геометрические размеры витка индуктора приведены на рис. 2.

Принималось, что виток индуктора изготовлен из стали 65Г, которая имеет следующие физические характеристики:

- удельное сопротивление, 10-9 Ом * м 80;

- теплоемкость, Дж/ кг * К 380

3

- плотность, кг/м 8430;

- модуль Юнга, ГПа 200; - коэффициент Пуассона 0,34.

Рис.1. Конструкция одновиткового индуктора: 1 - токопровод; 2 - рабочий виток; 3 - бандаж; 4 - шпилька; 5 - заготовка

Рис.2. Геометрические размеры витка одновиткового индуктора

Материал обжимаемой заготовки АМг2М принимался упруго-пластическим с линейным законом упрочнения и имел следующие харак-

теристики:

- удельное сопротивление, 10-9 Ом * м 47,6;

- теплоемкость, Дж/ кг* К 280;

3

- плотность, кг/м 2700;

- пластический модуль, ГПа 0,6;

- модуль Юнга, ГПа 80;

- коэффициент Пуассона 0,34.

Геометрические размеры обжимаемой заготовки являлись следующими: наружный диаметр 57 мм, толщина 1,2 мм и высота 38 мм, длина обжимаемого участка 6 мм.

Для реализации математической модели была разработана интерактивная программа в среде MathLab 7.0, интерфейс которой обеспечивал: загрузку геометрических и физических параметров процесса; назначение сценария исследования; интерпретацию результатов в виде серии полей (линий уровня) изучаемых физических величин: скалярного и векторного потенциала, объемных токов и пондеромоторных сил.

На рис.3. приведен интерфейс программы.

Рис.3. Интерфейс

На рис.4. представлена 3Б сетка конечных элементов, для которой производились расчеты.

Рис. 4. Сетка конечных элементов 1- заготовка; 2-индуктор; 3-зазор

Численные эксперименты проводились для четырех типов установок одинаковой энергоёмкости, с различными напряжениями заряда. Данные о параметрах контуров установки приведены в табл. 1.

10 5 0 -5

со

2 -10

2 I

го -15

£ -20 X

! -25

£

" -30

-45

-Е аг Е-ЕЕ т-И

О О о о

О о

о

о о

о с

о о

о о

о о Е-Е заг

^ 1 . . .

-10

а -15

£ -20

-25

-30

к

-Е ¡аг г Е-Е

О о Д-Д заг о о о ■рыь

о о о о о о

с О о о

о Э

о с о о

о о

о о Е-Е заг

-15 -10

-5

05 X мм

10

15

20

-15 -10

-5

05 Хмм

10

15

20

а

б

Г-Г заг

I -I заг

5

0

5

в г

Рис.6. Графики распределения пондеромоторной силы по высоте (I) заготовки для: а - первого; б - второго; в - третьего; г-четвертого

разрядных контуров

Параметры разрядных контуров

W, кДж ^мкФ L, нГн feобст, кГц R, мОм

0,33 1120 91,7 15,923 9,6

0,33 280 114,7 28,035 23

0,33 72 83,17 71,500 34

0,33 12 156,7 117,000 115

Рис.5. СечениеА-А

В результате расчетов были получены характерные графики распределения радиальной пондеромоторной силы по высоте заготовки для каждого разрядного контура (рис. 6) в сечении А-А, которое имеет следующий вид (рис. 5).

Анализ графиков показал, что распределение пондеромоторных сил не равномерно по высоте заготовки. Эта неравномерность обусловлена тем, что высота заготовки превышает высоту индуктора и неоднородностью распределения токов по высоте и толщине витка индуктора.

Список литературы

1. Желтков В.И. Особенности удовлетворения граничным условиям в МКЭ - моделировании электродинамики системы «индуктор - заготовка» / Е.И. Жукова, А.Е. Киреева, В. Д. Кухарь // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросы механики. Тула: ТулГУ, 2008. Вып.4. Том 2. С. 71 - 75.

Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., проректор, mpf-tulaaramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Киреева Алена Евгеньевна, канд. техн. наук, доц., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE STUDY OF POWER CHARACTERISTICS SYSTEM «INDUCTOR - WORKPIECE»

V.D. Kuchar, A.E. Kireeva 54

The paper presents a study of the power characteristics of the process of crimping a cylindrical billet single-turn inductor.

Key words: inductor, a mathematical model of the cutting, crimping, ponderomotive

forces.

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, the prorector, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kireeva Alena Evgenevna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 539.374

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ГРУНТОВ, ВХОДЯЩИХ В ПОЛИНОМИАЛЬНЫЙ ЗАКОН СОПРОТИВЛЕНИЯ

В. Л. Баранов, И.В.Фетисов, В.Н. Щитов

Разработан и реализован способ определения физических констант, входящих в полиномиальный закон сопротивления. Определены численные значения констант для нескольких видов реальных преград на примере грунтов.

Ключевые слова: преграда, индентор, пробитие, закон сопротивления.

Рассматривается задача проникания жестких инденторов в грунты, закон сопротивления которых имеет полиномиальную форму [1].

Пусть функция у = у (г ), описывающая образующую головной части индентора имеет следующие с войства на участке г е [ 0; НГ ]:

Функция у = у (г ) - непрерывная, но не обязательно гладкая функция.

у (0) = с/2,

где

у ( г )> 0, /( г )< 0; у ( НГ ) = Я Ф 0, Я е [ 0; С/2 ], где НГ - полная высота головной части; С - калибр индентора.

Выделим элемент головной части индентора с координатой г толщиной С г. Полное контактное напряжение на его поверхности обозначим а ( г ) (заметим, что в общем случае вектор а ( г ) не коллинеарен вектору V скорости индентора).

Нормальная компонента контактного напряжения ап (г ) связана с