CC BY
41
Список литературы
1. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. М.: Машиностроение, 1993. 240 с.
3. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.
4. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
M.V. Gryazev, S.S. Yakovlev, S.N. Larin
THE EXTREME DEFORMATION LEVELS OF SLOW HOT DEFORMING OF ANISOTROPIC SHEET MATERIAL
Basic relationships for the for theoretical investigation of slow hot deforming of anisotropic sheet material are given. The results of theoretical investigations of extreme deformation levels of isothermal pneumatic forming of dome-shaped details in the mode of material’s creeping are given.
Key words: anisotropy, damageability, failure, hemispherical details, pneumatic forming, creeping.
Получено 04.08.11
УДК 539.37; 621.7
М.В. Грязев, д-р техн. наук, проф., ректор,
(4872) 35-18-32, info@tsu.tula.ni.
А.Н. Пасько, д-р техн. наук, проф.,
(4872) 35-18-32, aleksev.n.pasko@mail.ru.
Д.А. Алексеев, асп. (4872) 35-18-32, ас116663@vandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ ЖЕСТКИМ ИНСТРУМЕНТОМ
Описаны параметры и возможности разработанного на основе метода конечных элементов программного комплекса для моделирования трехмерных процессов холодной штамповки. Произведена оценка результатов решения тестовой задачи.
Ключевые слова: метод конечных элементов, жесткий инструмент, контактное взаимодействие, программный комплекс.
В настоящее время наиболее изученными являются процессы деформирования, в которых наблюдается плоское или осесимметричное течение деформируемых материалов. Недостаточная изученность задач
трехмерного пластического формоизменения объясняется большими сложностями, возникающими при построении математической модели. В этих условиях особенно актуальным является решение задач пластического формообразования в трехмерной постановке. Решение этих задач может быть достигнуто путем использования современных достижений компьютерной техники, теории пластического деформирования материалов и метода конечных элементов.
На основе метода конечных элементов разработан программный комплекс для моделирования процессов деформирования заготовки жестким инструментом, включающий модуль подготовки исходных данных, расчетное ядро и модуль визуализации результатов расчетов. Программа имеет простой и удобный в использовании графический интерфейс (рис. 1).
Для описания напряженно-деформированного состояния заготовки использована теория течения. Деформируемый материал является упругопластическим, изотропным, обладающим деформационным изотропным упрочнением. При этом принято, что в материале заготовки отсутствуют начальные напряжения. Процесс деформирования является квазистатиче-ским, изотермическим и нестационарным.
В качестве конечного элемента использован изопараметрический восьмиузловой элемент. Хранение матрицы жесткости реализовано в компактном виде (профильный метод). Для решения системы линейных алгебраических уравнений в программе имеются два метода: прямой и метод сопряженных градиентов.
Одной из главных проблем при решении задач обработки металлов давлением методом конечных элементов является моделирование контактного взаимодействия деформируемой заготовки и инструмента. Причем во многих задачах, кроме неподвижных элементов, необходимо учитывать движущиеся части инструмента, что также усложняет решение этих задач.
Разработанная программа позволяет импортировать твердотельные модели инструментов, созданные в CAD-системах, через STL файлы. При этом на количество импортируемых инструментов ограничений нет. Имеется возможность задания каждому инструменту поступательного перемещения относительно выбранной оси глобальной системы координат (X, Y либо Z) и параметров контактного трения.
Описание контактного взаимодействия заготовки с инструментом производится согласно математическим моделям, указанным в работах [1, 2].
Для оценки работоспособности и адекватности работы разработанного программного комплекса решена тестовая задача деформирования
трубной заготовки коническим инструментом, при этом для сокращения вычислительных затрат, исходя из симметрии заготовки, рассматривалась лишь ее половина. Инструменты приняты абсолютно гладкими, непроницаемыми и недеформируемыми телами. Исходное положение заготовки и инструментов представлены на рис. 2, а. (1 - неподвижная плита; 2 - заготовка; 3 - пуансон).
г_пу Г■ Тг>»>-з-.■ гг «г.1 т-:--*!.Рг|
Рис. 1. Основное окно графического интерфейса программы
На рис. 2, б, в, г представлены поля приращения перемещения: б - компонента X; в - Уш, г - Z. Анализ представленных результатов показывает, что значения приращений перемещений с достаточной точностью характеризуют осесимметричную задачу, приращение перемещения нижнего торца относительно оси 2 равно нулю, что соответствует схеме процесса.
На рис. 3 представлены стадии формоизменения заготовки. Из рис. 3 видно, что условие непроницаемости (скольжение узлов конечноэлементной сетки по поверхности инструментов) выполняется на всех шагах деформирования.
-П
\Dvoi. Й
Рпсннъп ВГ‘.Ь ?('
ж±. ■>:>
ТЪ^лгл-ми екне ■ й.'гЙЗО
9.1 ИЗЗ
0,0?9?7
исМЗЗ!
йомй
0.№'|Тн?
-Ъ.иЮзб
■1мтй*
-0.1066*1
«Ы -0,1^30
а
б
р.ррл.а^а
Ю-н-фс:
Г1, а .-ннгпс-.
ГКОЕ- 00 ИЬ. ^0
Лг^ече-'ыгши :Л+, . .ч.ч
||У?Яа*й
<ыен; олйзо 0.'№]2? ■>ДИ№ 0.0^1? С-.Д^]й
Майю
А. ОМ 1*5 -0.00:10
I
роб.\з>;&
Ш!т.:р Л-1 Ь'сь'шшз сг-ях^. ЗО'
]ип..ы
П^МЛиеЕ;И £и-_ ИН 'УХ*Ш
-0.0045
-0.014*3
■4ЙИЙ
-й№№ ’0,0+5]3 ■Я.КГКк
-С.ИоГ
-*ИМ4й5 -<лОТ1£3
в г
Рис. 2. Результаты работы программного комплекса
На рис. 3 представлены стадии формоизменения заготовки. Из рис. 3 видно, что условие непроницаемости (скольжение узлов конечноэлементной сетки по поверхности инструментов) выполняется на всех шагах деформирования.
Рис. 3. Стадии формоизменения а - шаг 20; б - шаг 40; в - шаг 60; г - шаг 80
Разработанный программный комплекс позволяет моделировать трехмерные процессы деформирования заготовки из упругопластического материала жестким инструментом. В дальнейшем планируется модернизация разработанного программного комплекса. Будет добавлена возможность построения графических зависимостей, характеризующих энергосиловые параметры процессов холодной штамповки.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №10-01-97507.
Список литературы
1. Алексеев Д.А., Пасько А.Н., Алексеев П.А. Моделирование контакта инструмента с заготовкой в трехмерных задачах обработки металлов давлением // Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 3. С. 173 -176.
2. Алексеев Д.А., Пасько А.Н. Конечно-элементное моделирование контактного трения в процессах обработки металлов давлением // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 1. С. 105 - 112.
М. V. Gryazev, A.N. Pasko, D.A. Alekseev
SOFTWARE FOR MODELLING OF COLD FORMING RIGID TOOLS
The developed based on the finite element method program for modeling three-dimensional process of cold pressing is described. The estimation jf the results of solving the test problem are made.
Key words: finite element method, rigid tool, contact interaction, program.
Получено 17.08.11
УДК 539.374; 621.983
М.В. Грязев, д-р техн. наук, проф., ректор, (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru.
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru.
С.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
КРИТЕРИЙ ЛОКАЛЬНОЙ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ листовой ЗАГОТОВКИ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ
Предложен критерий локальной потери устойчивости анизотропной листовой заготовки в режиме кратковременной ползучести на основе постулата устойчивости друкера.
Ключевые слова: анизотропия, листовая заготовка, кратковременная ползучесть, устойчивость, напряжение, деформация, разрушение, формоизменение.
Многие операции изотермической листовой штамповки осуществляются в условиях, близких к плоскому напряженному или плоскому напряженному и деформированному состояниям заготовки.
Вопрос о предельных степенях деформации при пластическом деформировании и деформировании в условиях ползучести и изотропного и анизотропного материалов на основе критериев положительности добавочных нагрузок и положительности работ добавочных нагрузок рассмотрен в работах [1 - 4].
Ниже исследуется устойчивость двухосного растяжения анизотропного листа с использованием постулата устойчивости Друкера в условиях кратковременной ползучести.
