CC BY
43
УДК 681.3
B.Ф. Кузин, д-р техн. наук, проф., (4872) 37-30-16, avkuzin@hotbox.ru,
C.М. Бочаров, канд. техн. наук, доц., 8-910-945-98-38,
А.В. Лебедев, 8-920-740-44-14, swan355@yandex.ru,
И.Ю. Ерошкин, 8-906-531-77-00
(Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЁТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ СВАРКИ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Решена задача, позволяющая установить зависимость показателя схватывания от степени деформации на стадии проектирования.
Ключевые слова: холодная сварка, метод конечных элементов, расчет, радиально-клиновой штамп, напряженно-деформированное состояния.
Корпус с крышкой диаметрами 26 и 27 мм, толщиной 0,5 мм из алюминия марки АД1М сдавливаются шестью пуансонами в штампе (рис. 1). Рассчитаем напряженно-деформированное состояние в деталях, сжимаемых давлением 1000 МПа, при деформации их в 60 %.
Рис. 1. Радиально-клиновой штамп для герметизации холодной сваркой бесфланцевых корпусов воспламенителей: 1 - кольцо; 2 - пуансон; 3 - пружина; 4 - блок матриц; 5 - корпус; 6 - пружина; 7 - крышка; 8 -
выталкиватель; 9 - изделие
Продольное сечение деталей и система координат Учитывая симметрию задачи, будем рассматривать лишь одну четвертую часть высотой 0,028 м. Конечно-элементную модель строим посредством поворота на угол 900 фигуры вокруг продольной оси у. Задачу решаем в системе СИ. Механические свойства алюминия: модуль упругости Е =
7.1 х1010 Па, коэффициент Пуассона ц = 0,31. Суммарное распределенное усилие 1000 МПа.
Решение задачи выполняем в интерактивном режиме (GUI).
Создание модели материала Ввести имя рабочего файла:
Utility Menu^-File^-Change Jobname
а) ввести название файла kd-11;
б) нажать ОК.
Ввести заголовок рабочего файла:
Utility Menu^-File^-Change Title
а) ввести kd-11;
б) нажать ОК.
Выбрать систему единиц:
Utility Menu^UNITS,SI
Установка фильтров:
Main Menu^-Preferences
а) нажать кнопку Structural;
б) OK (выбрать 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/Delete
а) нажать Add (добавить новый тип элемента);
б) выбрать в библиотеке элементов (левое окно) Solid;
в) выбрать 10node 92 в окне Selection;
г) Close.
Установка свойств материала
В данном примере задается изотропный материал с постоянными свойствами:
Main Menu^-Preprocessor^-Material Props^-Constant-Isotropic
а) OK (набор свойств для материала );
б) ввести 7.1el0 в EX (модуль упругости);
в) ввести 0.31 в PRXY (коэффициент Пуассона);
г) ОК для закрытия окна.
Создание 3D-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.
Выбор In Active CS (Active Coordinate System) позволяет задавать положение ключевых точек в глобальной системе координат:
Main Menu»Preprocessor»Modeling»Keypoints»In Active CS...
Ввод номера первой ключевой точки 1 в поле Keypoint number (Номер ключевой точки), а также ее 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 (0,0.0005,0); 3(0,0.024,0); 4(0,0.0245,0); 5(0.013,0,0); 6(0.0125,0.0005,0); 7(0.0125,0.024,0); 8(0.012,0.0245,0); 9(0.013,0.025,0); 10(0.0123,0.025,0); 11(0.0123,0.027,0); 12(0.013,0027,0); 13(0.013,0.028,0); 14(0.012,0.028,0). Завершается ввод ключевых точек нажатием OK.
Создание области по контуру фигуры
Для создания области по контуру фигуры введем в командную строку команду:
а) A,P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9,P10,P11,P12,P14,P15,P1
б) Enter.
Вращение фигуры, образование цилиндра:
Preprocessor»Modeling—»Operate»Extrude»Areas»About Axis
а) отмечаем курсором фигуру, которую требуется вращать;
б) Apply;
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.
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.
в) отметить линию по концентратору напряжений, работающую на растяжение;
г) OK.
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 Menu^Solution^Loads^Apply^-Displacement^On 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 площадям 5 и 6:
Main Menu^Solution^Loads^Apply^-Pressure^On Areas Курсором отметить площадь 6, в поле Lab Pressure установить величину 2e7 Па и нажать OK.
Расчет ЭЭ-модели
Main Menu^-Solution^Solve^-Current LS.
Это означает, что решение должно быть получено на данном шаге нагружения. В открывшемся окне Solve Current Load Step нажать ОК для запуска программы расчета (текущий шаг нагружения), дождаться появления сообщения в желтом окне Solution is done! (расчет окончен). Далее проводим расчет для давлений 2e8, 3.5e8, 5e8, 7.5e8 Па. После проведения всех расчетов нажимаем Close.
Анализ результатов
Результаты решения можно представить как в графической, так и в текстовой формах.
Вызов главного постпроцессора и чтение результатов.
Выбирается первый из нескольких (при пошаговом расчете) наборов выхода данных. Для данной задачи такой набор только один:
Main Menu^General Postproc^-Read Results-First Set Исследование напряжений: а) напряжения по оси X:
General Postprocessor^Plot Results^Element Solu...
В открывшемся окне Contour Nodal Solution выбрать Stress и X. Решение в изолиниях представлено на рис. 2.
Таким образом, результаты, полученные с помощью метода конечных элементов, позволяют выявить зависимость напряжения SX у пуансона от приложенного давления (рис.Э).
Рис. 3. Зависимость напряжения SXу пуансона от приложенного давления
При выполнении решения часть пластины была разбита на 2465 узловых точек. Деформации и напряжения в каждом узле представлены в отдельном файле объемом 49 страниц. По показателю схватывания \у = 1,015 > 0,984 на плоскости контакта двух деталей под пуансонами
о
произойдет холодная сварка при давлении р=7.5е Па.
Список литературы
1. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках, инженера: практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2003. 272 с.
2. Кузин В.Ф. Технология производства воспламенителей малогабаритных систем. Тула: ТулГУ, 1999. 90 с.
V. Kuzin., S.Bocharov, A.Lededev, I.Eroshkin
Calculation of the intense-deformed condition of process of cold welding by the method of final elements
The problem, allowing to establish dependence of an indicator of welding on deformation degree on a design stage is solved.
Key words: cold welding, a method of final elements, calculation, special stamp, is intense-deformed conditions.
Получено 04.08.10
УДК 621.8.034.3
А.Л. Григорьев, асп., a18-grif@rambler.ru,
Ю.Л. Маткин, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-24-38 (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ УПРУГОЙ ПЛАСТИНЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ
Рассмотрена зависимость амплитуды вынужденных колебаний упругой пластины пневматического вибровозбудителя от массы груза, закрепленного на ней, с учетом материала пластины и ее геометрических параметров.
Ключевые слова: вибровозбудитель, упругая пластина, колебания.
Актуальность моделирования колебаний упругих пластин обоснована необходимостью создания новых систем приводов на основе пневматических вибровозбудителей, которые позволяют работать в условиях взрывоопасных производств, отличаются простотой изготовления и эксплуатации, надежностью, низкой себестоимостью, малой материалоемкостью и энергопотреблением. Вибровозбудитель предназначен для работы с массами до 25 грамм. Примерами предметов обработки могут служить пищевые добавки, специи, мелкоштучные полуфабрикаты в машиностроении. Также устройство может быть использовано для интенсификации различных технологических процессов.
Ранее приводилась методика вычисления частоты собственных колебаний упругой пластины пневматического вибровозбудителя [2]. Для определения амплитуды колебаний рассмотрим вынужденные колебания упругой пластины. Когда на пластину действует периодически изменяю-
