Напряженно - деформированное состояние охотничьей гильзы при выстреле и после разгрузки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

С. 5 - 8.

7. Ando К., Nishiguchi К. Mechanism of Formation of Pencil-Point-Like Wire Tip in MIG Arc Welding // Relation between the Temperature of molten Drop, Wire Extension and Heat Conductivity. IIW - 212-156. 1968. P. 10.

8. Полосков С.И., Ерофеев В.А., Масленников А.В. Прогнозирование качества сварных соединений на основе физико-математической модели процесса орбитальной сварки // Сварочное производство. 2005. № 2. С. 8 - 16.

9. N. S. Tsai, T. W. Eagar Distribution of the heat and current fluxes in gas tungsten arcs // Metall. Trans. 1985. Vol. 16B. N 12. P. 841 - 845.

D. V. Slezkin, R. V. Tsvelev, V.A. Erofeev, A. V. Maslennikov, V.A. Sudnik

AN EXPERIMENT-CALCULATED PROCEDURE FOR DETERMINATION OF EFFECTIVE VALUES OF ARC POWER AND ITS RADIUS IN GMA WELDING OF STEEL

In the present paper, a methodology for experimental determination of effective values of arc power and its radius in the GMA welding of steel has been developed.

Key words: GMA welding, arc power, arc radius, droplet heat transfer, physical and mathematical model.

Получено 24.08.12

УДК 681.3

B. Ф. Кузин, д-р техн. наук, проф. каф., (4872) 37-30-16, avkuzin@hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

C. М. Бочаров, канд. техн. наук, доц., (4872) 37-30-16, avkuzin@hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Нгуен Куанг Ман, асп., (4872) 37-30-16, avkuzin@hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Фан Нгок Ту, асп., (4872) 37-30-16, avkuzin@hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ОХОТНИЧЬЕЙ ГИЛЬЗЫ ПРИ ВЫСТРЕЛЕ И ПОСЛЕ РАЗГРУЗКИ

Решена задача, позволяющая установить напряженно-деформированное состояние охотничьей гильзы при ее нагрузке давлением и при экстракции.

Ключевые слова: конечные элементы, граничные условия. Абсолютные деформации и напряжения.

Рассмотрим четвертую часть гильзы, сечение деталей и система координат приведены будут в ходе выполнения расчета. Конечно-

элементную модель строим посредством поворота на угол 900 фигур 1 и 2 вокруг продольной оси у. Задачу решаем в системе СИ. Механические свойства материала оболочек: модуль упругости гильзы в момент выбора зазора между гильзой и казенником Е1 = 1.22х1010 Па, коэффициент Пуассона PRXY = 0,3; модуль упругости казенника Е2 = 2х10 Па, коэффициент Пуассона PRXY = 0,3.

Установка фильтров:

Main Menu^ Preferences

а) нажать кнопку: Structural;

б) OK (выбрали задачу механики деформируемого твердого тела).

Выбор типа элементов

В данной задаче выбирается трехмерный тетрагональный элемент с 10 узлами SOLID92: Main Menu^Preprocessor^Element type^ Add / Edit

а) нажать: Add (добавить новый тип элемента);

б) выбрать в библиотеке элементов (левое окно) Solid;

в) выбрать10node 92 в окне Selection;

г) Close.

Создание модели

В данной задаче модель создается при помощи геометрических примитивов и автоматического построения сетки. Ключевые точки строятся по координатам в глобальной системе координат.

Main Menu^Preprocessor^Modeling^Keypoints^ In Active CS...

Выбор In Active CS (Active Coordinate System) позволяет задавать положение ключевых точек в глобальной системе координат.

Вводим номер первой ключевой точки 1 в поле Keypoint number (Номер ключевой точки), а также её координаты x, y, z (0, 0, 0) в поле Location in Active CS (Положение в действующей координатной системе). Ввод завершается нажатием кнопки Apply (Применить).

Аналогично вводятся ключевые точки 2 с координатами (0.0077,0,0); 3 (0.0077,0.00085,0); 4 (0.00677,0.00151,0); 5 (0.0066,0.064,0); 6 (0.00664,0.0698,0); 7 (0.00634,0.0698,0); 8 (0.00634,0.064,0); 9 (0.00629,0.013,0); 10 (0.0055,0.0023,0); 11 (0.0045,0.0013,0); 12 (0,0.0013,0); 13 (0.00793,0,0); 14 (0.00793,0.00103,0); 15 (0.0068,0.00155,0); 16 (0.006675,0.0701,0); 17 (0.0105,0.0701,0); 18 (0.01393,0,0). Завершается ввод ключевых точек нажатием OK.

Теперь для получения фигуры сечения модели свяжем ключевые точки прямыми линиями из командной строки:

L,P1,P2 Enter.

L -номер линии, P1 и P2 -соединяемые точки;

дугу строим по конечным точкам и радиусу:

LARC,P1,P2,PC,RAD Enter.

LARC - номер линии, P1 и P2 - соединяемые точки с радиусом RAD, PC - точка, лежащая в плоскости искомой дуги и указывающая направление, в котором следует поместить ее центр OK.

Зададим нумерацию линий в графическом окне Utility Menu^ Plot Ctrls^ Numbering

a) выбрать Line Numbering;

b) OK.

Создадим область по контуру фигуры командой

AL,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8, L9 Enter.

AL - номер поверхности, L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8, L9-номера линий

Enter.

Вращение фигуры, образование цилиндра: Preprocessor^Modeling—»Operate^Extrude^Areas^About Axis.

а) отмечаем курсором фигуру, которую требуется вращать;

б) Appli

в) отмечаем курсором ключевые точки 1 и 6, определяющие ось вращения;

г) ОК.

В появившемся окне Sweep Areas about Axis (Диапазон вращения площади вокруг оси) вводим 90 градусов (угол вращения прямоугольника) и нажимаем: ОК.

Далее аналогично строится казенник ружья

Построение сетки тетрагональных элементов При создании сетки конечных элементов используем тетрагональный элемент Solid92 с установками по умолчанию:

Preprocessor^-Meshing^Mesh^ Volumes Free

а) Pick All;

б) OK.

Рис. 1. Построенная модель

183

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 9 Получение решения

Этап решения начинается с задания граничных условий, а также указания метода и параметров расчета. Задание граничных условий:

а) перемещения вдоль оси z точек радиальных сечений, параллельных плоскости ух, uz=0:

Main MenusSolutionsLoadssApplysDisplacementsOn Areas В открывшемся окне Apply U, ROT on Areas отметить курсором UZ и ввести в поле VOLUE величину этого перемещения 0;

б) Apply;

в) перемещения вдоль осей х, y, z точек сечения UX=UY=UZ=0.

г) OK.

Приложим поперечную нагрузку по площеди 5: Main MenusSolutionsLoadssApplysPressuresOn Areas. Курсором отметить площадь 6 в поле Lab Pressureire установит величину 3.2E8 Па и нажать: OK.

Расчет

Main Menus Solutions-Solve—»Current LS.

Это означает, что решение должно быть получено на данном шаге нагру-жения. В открывшемся окне Solve Current Load Step нажать ОК

для запуска программы на счет (текущий шаг нагружения); дождаться появления сообщения в желтом окне: Solution is done. (расчет окончен); Close.

Анализ результатов

Результаты решения можно представить как в графической, так и в текстовой форм!

Вызов главного постпроцессора и чтение результатов

Выбирается первый из нескольких (при пошаговом расчете) наборов выходи данных. Для данной задачи такой набор только один: Main MenusGeneral PostprocsRead Results-First Set Исследование деформаций:

а) деформации по оси X:

General PostprocessorsPlot ResultssElement Solu...

б) деформации по оси Y:

General Postprocessors Plot Resultss Element Solu...

в) деформации по оси Z:

General PostprocessorsPlot ResultssElement Solu... Исследование напряжений:

а) напряжения по оси X:

General PostprocessorsPlot ResultssElement Solu... В открывшемся окне Contour Nodal Solution выбрать Stress и . X.

б) напряжения по оси Y:

General Postprocessor^Plot Results^Element Solu... В открывшемся окне Contour Nodal Solution выбрать Stress и . Y. в) напряжения по оси Z:

General Postprocessor^Plot Results^Element Solu... В открывшемся окне Contour Nodal Solution выбрать Stress и . X. г) напряжения по Мизесу:

General Postprocessor^Plot Results^Element Solu...

Рис. 2. Распределение напряжений SX

Экстракция гильзы Utility Menu^ File^Change Jobname

а) ввести: GSL_1_k,

б) нажать: ОК. Ввод заголовка:

Utility Menu^- File ^-Change Title

а) ввести: GSL_1_k,

б) нажать ОК.

Установка фильтров:

Main Menu^ Preferences а) нажать кнопку: Structural;

б) OK (выбрали задачу механики деформируемого твердого тела).

Выбор типа элементов

В данной задаче выбирается трехмерный тетрагональный элемент с 10 узлами SOLID92, как и на первом участке.

Свойства материала В данном примере задается изотропный материал с постоянными свойствами, как и на первом участке.

Решение задачи выполняем в интерактивном режиме (GUI).

Создание модели В данной задаче модель создается при помощи геометрических примитивов и автоматического построения сетки. Прямоугольные примитивы можно построить, например, по координатам ключевых точек в глобальной системе координат.

Main MenusPreprocessorsModelingsKeypointss In Active CS... Выбор In Active CS (Active Coordinate System) позволяет задавать положение ключевых точек в глобальной системе координат.

Вводим номер первой ключевой точки 1 в поле Keypoint number (Номер ключевой точки), а также её координаты x, y, z (0, 0, 0) в поле Location in Active CS (Положение в действующей координатной системе). Ввод завершается нажатием кнопки Apply (Применить).

Аналогично вводятся ключевые точки 2 с координатами (0.005675,0,0); 3(0.005675,0.0015,0); 4(0.00478,0.0015,0);

5(0.00478,0.0022,0); 6(0.005675,0.0032,0); 7(0.0052347,0.02198,0); 8(0.0049047,0.02198,0); 9(0.0049337,0.01436,0); 10(0.0050171,0.008,0); 11(0.0051439,0.0047105,0); 12(0.004644,0.0042,0); 13(0,0.0042,0); 14(0.005963,0,0); 15(0.01,0,0); 16(0.01,0.603,0); 17(0.09876,0.006,0); 18(0,0.01,0). Завершается ввод ключевых точек нажатием OK.

Теперь для получения фигуры сечения модели свяжем ключевые точки прямыми линиями из командной строки: L,P1,P2 Enter.

L -номер линии, P1 и P2 -соединяемые точки; дугу строим по конечным точкам и радиусу: LARC,P1,P2,PC,RAD Enter.

LARC -номер линии, P1 и P2 -соединяемые точки с радиусом RAD, PC-точка, лежащая в плоскости искомой дуги и указывающая направление, в котором следует поместить ее центр OK.

Зададим нумерацию линий в графическом окне Utility Menus Plot Ctrlss Numbering

c) выбрать Line Numbering;

d) OK.

Создадим область по контуру фигуры командой

AL,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8, L9 Enter.

AL - номер поверхности, L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8, L9-номера линий

Enter.

Вращение фигуры, образование цилиндра

PreprocessorsModeling—»OperatesExtrudesAreassAbout Axis

а) отмечаем курсором фигуру, которую требуется вращать;

б) Appli

в) отмечаем курсором ключевые точки 1 и 6, определяющие ось вращения;

г) ОК.

В появившемся окне Sweep Areas about Axis (Диапазон вращения площади вокруг оси), вводим 90 градусов (угол вращения прямоугольника) и нажимаем: ОК.

Рис. 3. Построенная модель 2 - го участка

Построение сетки тетрагональных элементов и получение решения ведется аналогично первому участку.

Рис. 4. Распределение напряжений SX

Анализ полученных результатов позволяют выявить распределение напряжений и деформаций в оболочке при ее нагружении давлением. Деформации и напряжения в каждом узле представлены в отдельном файле. Опасным местом гильзы оказывается сечение на расстоянии 21.98 мм от дна гильзы. Очевидно можно рекомендовать для усиления этого сечения ввести в технологию полугорячее выдавливание либо заменить казенник на материал с большим модулем упругости. При использовании казенника из материала с большим в 2 раза модулем упругости напряжение в гильзе снижается на 6%.

Список литературы

1. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSIS в руках инженера: Практическое руководство. М: Едиториал УРСС, 2003. 272 с.

2. Басов К.А.ANSYS в примерах и задачах: М: КомпьютерПресс, 2002. 223 с.

V.F. Kuzin, S. M. Bocharov, N.Q.Manh P. N. Tu

STRESS - STRAIN STATE OF THE SHELL DURING ITS LOADED WITH INTERNAL PRESSURE

Solved the problem, allowing to establish the stress-strain state during its pressure

load.

Key words: finite elements, boundary conditions. Absolute strain and stress.

Получено 24.08.12