CC BY
13<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 621.924.079
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Р. Р. Алексеев, А. Н. Логинов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Анализ литературы показал, что моделирование процесса абразивно-экструзионной обработки сопровождается значительными сложностями. Показано, что модули гидродинамического анализа не позволяют в полной мере описать свойства вязкоупругих веществ. Описание ползучести в современных системах инженерного анализа позволит добиться более точных результатов при моделировании процесса.
Ключевые слова: абразивно-экструзионная обработка, моделирование, инженерный анализ, ползучесть.
MODELING OF ABRASIVE FLOW MACHINING PROCESS R. R. Alekseev, A. N. Loginov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Analysis of the literature shows that the modeling of abrasive extrusion machining process is accompanied by significant challenges. It is shown that the hydrodynamic analysis modules do not allow specialists to fully describe the properties of viscoelastic materials. Description creep in modern systems engineering analysis will allow to achieve more accurate results with process modeling.
Keywords: abrasive flow machining, modelling, engineering analysis, creep.
В машиностроении для финишной обработки сложнопрофильных или труднообрабатываемых поверхностей все большее применение получают нетрадиционные методы. Одним из таких методов является обработка абразивным потоком (abrasive flow machining). В России этот метод получил название абразивно-экструзионной обработки, или экструзион-ного хонингования. Суть этого метода заключается в удалении слоя материала с поверхности обрабатываемого канала потоком вязкоупругой среды, наполненной твердыми рабочими элементами [1].
Для выбора оптимального варианта технологических параметров обработки необходимо знать поле распределения скорости и давления потока среды в обрабатываемом канале [2]. Эти значения необходимы для оценки условий контактного взаимодействия
[3], а также расчета шероховатости обработанной поверхности и производительности удаления материала
[4]. Приближенное решение этой задачи возможно с использованием моделирования потока среды в различных компьютерных системах.
Так, было осуществлено моделирование потока среды в модуле гидродинамического анализа SolidWorks Flow Simulation [5]. Предложено при моделировании учитывать не только статистическое давление, но и динамическое давление в потоке. На этом предположении в программном комплексе FLUENT 6.3 были получены поля распределения скорости потока и давления среды в цилиндрическом канале [6]. Данные подходы моделирования позволи-
ли получить с определенной точностью картину распределения скорости и статического давления потока среды. Однако картина динамического распределения давления не соответствует известным экспериментальным данным [7; 8]. Это связано с тем, что при моделировании процесса обработки в модулях гидродинамического анализа невозможно описать упругие свойства потока среды, являющейся особенностью реологии этого вида финишной обработки [9].
Так, система ANSYS SFX была использована для моделирования процесса течения рабочей среды на основе интеграции неньютоновской, уменьшающей вязкость при сдвиге жидкости Максвелла в неупругие уравнения Навье-Стокса. В этом подходе речь идет не о скорости потока, а о скорости деформации сдвига [10]. Результаты моделирования подтверждают, что производительность обработки зависит в первую очередь от величины упругих деформаций среды.
Для моделирования такого поведения рабочей среды и с целью более тесной корреляции результатов моделирования к имеющимся экспериментальным данным необходимо представить рабочую среду в виде конечного объема с вязкоупругими свойствами, значительно деформируемого под давлением.
Для описания вязкоупругих свойств рабочей среды используется модель Максвелла [1]. В качестве системы инженерного анализа необходимо выбрать наиболее подходящую для решения данной задачи.
В предыдущих подходах к моделированию на расход среды не накладывалось никаких ограничений.
Технология и ме%атронщр в машиностроении
В реальности в обработке участвует определенный объем среды, который испытывает необратимое сдвиговое течение. Для того чтобы образовался поток, напряжение сдвига от штока должно передаться ко всему объему среды. Для верификации результатов моделирования можно использовать результаты визуальных исследований характера потока среды в каналах различной конфигурации [11—12].
Система MSC Marc позволяет описать вязкоупру-гие свойства с помощью модели Максвелла. При больших деформациях решение в системе производится с помощью метода Лагранжа. Нелинейные свойства вязкоупругости в MSC Marc описываются с помощью обобщения линейной вязкоупругости в том смысле, что второй тензор напряжений Пиола-Кирхгофа используется для вычисления напряжений, а тензор деформаций Грина-Лагранжа используется для вычисления деформаций. Выходные данные при этом методе включают в себя напряжения Пиола-Кирхгофа и деформации Грина-Лагранжа [13; 14].
В настоящее время существует проблема описания свойств ползучести среды. Определение эмпирических зависимостей ползучести среды от ее состава и степени наполнения абразивными зернами позволит более точно задавать граничные условия моделирования процесса. Для первоначальной оценки данных можно использовать эмпирические зависимости коэффициентов эффективной вязкости, упругости и пластичности среды при абразивно-экструзионной обработке [15; 16].
Библиографические ссылки
1. Левко В. А. Научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей : монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 222 с.
2. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка. Современный уровень, проблемы и направления развития // Известия Томск. политехн. ун-та. 2006. Т. 309, № 6. С. 125-129.
3. Левко В. А. Контактные процессы при абра-зивно-экструзионной обработке // Металлообработка. 2008. № 3. С. 19-23.
4. Левко В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2009. № 1. С. 59-62.
5. Моделирование процессов абразивно-экструзионной обработки в SolidWorks / Д. М. Тури-лов, И. А. Ларкина // Решетневские чтения. 2009. № 13. С. 353-354.
6. Temperature as sensitive monitor for efficiency of work in abrasive flow machining / Liang Fang, Jia Zhao, Kun Sun, Degang Zheng, Dexin Ma // Wear. 2009. Vol. 266, Iss. 7-8. P. 678-678.
7. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
8. Левко В. А. Исследование распределения давления рабочей среды по длине канала при абразивно-
экструзионной обработке // Вестник СибГАУ. 2012. № 4 (44). С. 159-162.
9. Левко В. А. Особенности реологии рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке // Вестник СибГАУ. 2005. Вып. 7. С. 96-100.
10. CFD (Computational fluid dynamics) Simulation of the Abrasive Flow Machining Process / E. Uhlmann, C. Schmiedel, J. Wendler // Procedia CIRP. 2015. Vol. 31. P. 209-214. 15th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations (15th CMMO).
11. Исследование влияния формы обрабатываемого канала на течение рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / В. А. Левко, М. А. Лубнин, П. А. Снетков и др. // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 138-145.
12. Research the influence finishing canal shape to flow media for abrasive flow machining process / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov, E. B. Pshenko, D. M. Turilov // Vestnik SibGAU. 2009. № 5 (26). P. 93-99.
13. Nonlinear Finite Element Analysis of Elastomers [Электронный ресурс]. URL: http://www.mscsoft-ware.ru/products/marc (дата обращения: 10.09.2016).
14. Классификация элементов в MSC.Marc [Электронный ресурс]. URL: http://www.mscsoft-ware.ru/products/marc (дата обращения: 11.09.2016).
15. Экспериментальное определение коэффициентов вязкости, упругости и пластичности рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / П. А. Снетков, В. А. Левко, Е. Б. Пшенко, М. А. Лубнин // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 134-138.
16. Experimental determination factor to viscosity, elasticity and plasticity media for abrasive flow machining process / P. A. Snetkov, V. A. Levko, E. B. Pshenko, M. A. Lubnin // Vestnik SibGAU. 2009. № 5 (26). P. 99-103.
References
1. Levko V. A. Scientific bases abrasive extrusion machining parts: a monograph. Krasnoyarsk: Sib. gos. aerokosmich. un-t, 2015. 222 p.
2. Levko V. A. Abrasive extrusion processing. The modern level, problems and directions of development. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2006. Vol. 309, № 6. P. 125-129.
3. Levko V. A. Contact processes during abrasive extrusion machining // Metalworking. 2008. № 3. P. 19-23.
4. Levko V. A. The calculation of surface roughness during abrasive extrusion processing on the basis of the model of contact interactions // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Aviatsionnaya tekhnika. 2009. № 1. P. 59-62.
5. Process Modeling abrasive extrusion processing in SolidWorks / D. M. Turilov, I. A. Larkina // Reshetnevskie chteniya. 2009. № 13. P. 353-354.
6. Temperature as sensitive monitor for efficiency of work in abrasive flow machining / Liang Fang, Jia Zhao, Kun Sun, Degang Zheng, Dexin Ma // Wear. 2009. Vol. 266, iss. 7-8. P. 678-678.
Тешетневс^ие чтения. 2016
7. Extrusion honing parts of aircraft: Theory, Research, Practice : monograph. / S. K. Sysoev, A. S. Sysoev // Krasnoyarsk: Sib. gos. aerokosmich. un-t, 2005. 220 p.
8. Levko V. A. Pressure distribution study the working environment along the channel with abrasive extrusion processing // Vestnik SibGAU. 2012. № 4 (44). P. 159-162.
9. Levko V. A. Features rheology working environment with abrasive extrusion processing // Vestnik SibGAU. 2005. № 7. P. 96-100.
10. CFD (Computational fluid dynamics) Simulation of the Abrasive Flow Machining Process / E. Uhlmann, C. Schmiedel, J. Wendler // Procedia CIRP. 2015. Vol. 31. P. 209-214. 15th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations (15th CMMO)
11. A study of the influence of the processed channel for a working environment with abrasive extrusion processing / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov et al. // Vestnik SibGAU. 2009. № 4 (25). P. 138-145.
12. Research the influence finishing canal shape to flow media for abrasive flow machining process /
V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov, E. B. Pshenko, D. M. Turilov // Vestnik SibGAU. 2009. № 5 (26). P. 93-99.
13. Nonlinear Finite Element Analysis of Elastomers. Available at: http://www.mscsoft-ware.ru/products/marc (accessed: 10.09.2016).
14. Classification of the elements in MSC.Marc. Available at: http://www.mscsoftware.ru/products/marc (accessed: 11.09.2016).
15. Experimental determination of the coefficients of viscosity, elasticity and plasticity of the working environment in abrasive extrusion processing / P. A. Snetkov, V. A. Levko, E. B. Pshenko, M. A. Lubnin // Vestnik SibGAU. 2009. № 4 (25). P. 134-138.
16. Experimental determination factor to viscosity, elasticity and plasticity media for abrasive flow machining process / P. A. Snetkov, V. A. Levko, E. B. Pshenko, M. A. Lubnin // Vestnik SibGAU. 2009. № 5 (26). P. 99-103.
© Алексеев Р. Р., Логинов А. Н., 2016
УДК 62.752; 621:534. 833:888.6
ОБ ЭФФЕКТЕ БЛОКИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
А. И. Артюнин, С. В. Елисеев, А. В. Николаев
Иркутский государственный университет путей сообщения Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15 E-mail: [email protected]
Предлагается новый подход в оценке динамических взаимодействий элементов механической колебательной системы в режимах динамического гашения колебаний.
Ключевые слова: динамическое гашение колебаний, рычажные связи, блокировка внешнего воздействия, структурные преобразования.
ABOUT EFFECT OF BLOCKING EXTERNAL ACTION IN AN OSCILLATORY MECHANICAL SYSTEM
A. I. Artiunin, S. V. Eliseev А. V. Nifolaev
Irkutsk State Transport University 15, Chernyshevskogo Street, Irkutsk, 664074, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper proposes a new approach in the evaluation of the dynamic interactions of elements of mechanical oscillation system in regimes of dynamic vibration damping.
Key words: dynamic vibration damping, lever ties, lock external action, structural transformation.
Введение. Формы проявления динамических взаимодействий элементов механических колебательных систем достаточно разнообразны, что нашло отражение в работах [1-3]. Особое внимание уделяется особенностям движения систем в режимах динамического гашения колебаний. Управление динамическим состоянием технических объектов обеспечивается за счет использования специальных средств в виде виб-
роизолирующих опор, демпферов, устройств для преобразования движения и специальных вводимых механизмов. Детализированные представления об особенностях использования рычажных связей и механизмов приводятся в [3]. В предлагаемом докладе обсуждаются некоторые результаты исследования по использованию в структурах виброзащитных систем, при введении дополнительных связей в виде уст-
