Разработка и исследование конечно элементной модели быстропротекающего нелинейного процесса опрессовки клеммы с использованием продукта явной динамики ANSYS® Explicit Dynamics Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.94

М.В. Кангин

канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Е.К. Михеев

бакалавр,

кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩЕГО НЕЛИНЕЙНОГО ПРОЦЕССА ОПРЕССОВКИ КЛЕММЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОДУКТА ЯВНОЙ ДИНАМИКИ ANSYS®EXPLICIT DYNAMICS

Аннотация. Разработана и исследована конечно-элементная модель быстропротекающего нелинейного процесса опрессовки клеммы с использованием продукта явной динамики ANSYS®EXPLICIT STR. По результатам расчетов можно формулировать требования к модификации исходной геометрии, с целью оптимизации конструкции пуансона.

Ключевые слова: ANSYS®Explicit Dynamics, быстропротекающие нелинейные процессы, конечно-элементная модель.

M.V. Kangin, Arzamas Politechnical Institute (branch) Nizhnj Novgorod State Technical University a.n. R.E. Alekseev

E.K. Miheev, Arzamas Politechnical Institute (branch) Nizhnj Novgorod State Technical University a.n. R.E. Alekseev

DEVELOPMENT AND INVESTIGATION OF FINITE-ELEMENT MODELS OF FAST NONLINEAR PROCESS

OF CRIMPING TERMINALS USING EXPLICIT DYNAMICS ANSYS®EXPLICIT DYNAMICS

Abstract. Developed and analyzed a finite element model of a fast nonlinear process of crimping terminals using explicit dynamics ANSYS®EXPLIClT STR. The results of calculations it is possible to formulate the requirements for the modification of the original geometry to optimize the design of the punch.

Keywords: ANSYS®Explicit Dynamics, fast nonlinear processes, finite element model.

Прочность конструкции является одним из ключевых требований при проектировании изделий. Для конечно-элементного моделирования быстропротекающего процесса прессовки, сопровождающегося большими деформациями и напряжениями, используется программный комплекс нелинейной динамики ANSYS®Explicit Dynamics. Модель строится с целью проработки разрабатываемой конструкции, модифицирования исходной геометрии на основании результатов расчетов [1].

Конструкция зажима, состоящая из пуансона, клеммы и жил, создана в сторонней CAD системе, импортирована в ANSYS®Explicit Dynamics (*.iges). Для сокращения времени расчета модель клеммы представлена только деформируемым фрагментом, а пуансон - частью рабочей поверхности. Дерево проекта и конечно-элементная модель представлены на рисунке 1.

При построении использовались Explicit модели материалов: Steel 1006 для пуансона, AL5083Н16 для клеммы и CU-OFHC-F для жил. Для генерации расчетной сетки использовался универсальный сеточный генератор ANSYS®Meshing.

Для получения результатов, наиболее приближенных к физически проведенным экспериментам, требуется максимально достоверно смоделировать закрепление и нагрузку на модель (рис. 2). Закрепление клеммы на матрице (в модели не присутствует) моделируется приложением граничного условия «Fixed Support» к нижней части клеммы, перемещение пуансона приложением граничного условия «Displacement» ко всем поверхностям пуансона, устанавли-

вающего предопределенное смещение по оси у=8,5мм (в пользовательской системе координат). Сила, приложенная к пуансону, моделируется приложением нагрузки «Force» к верхней поверхности пуансона.

SJ Project Ö- Й| Model (A4)

Й- üsomatry S "VJft Coordinate: Systems

BJ Connections Й- ,,'i©

Г-1 , '[¡J( Explicit Dynamics (AS)

И ,/й'»! Initial CondtKJflS

!- Analysis Pettings

i......Fixed Support

......Force

Displacement Fixed ЯЩИИИt 2 El /Ш Solution (A6)

s j I StAibon Information Total Deformation Eejuvaient Sfress

Рисунок 1 - Дерево проекта и конечно-элементная модель процесса опрессовки

A: Explicit Dynamics

Explicit Dynamics Time: l,e-003 5 19.11.2016 12:08

[fl~| Fixed Support [B] Force: 200», N [C~| Displacement [p] Fixed Support 2

Рисунок 2 - Приложение нагрузок и граничных условий, моделирующих закрепление и нагрузку на модель

В расчетном комплексе ANSYS® Explicit Dynamics используется решатель AUTODYN. Высоконелинейные быстропротекающие высокоскоростные процессы определяются характерным временем процесса и скоростью распространения волн деформации в среде. Время протекания процесса «End Times» принимается 0,001 c.

Анализ конечно-элементной модели требует большого числа возможных данных для исследования, с помощью которых можно посмотреть результаты на внешних поверхностях геометрии или внутри конструкции. Так на рисунке 3 представлена эпюра распределения эквивалентных напряжений (по фон Мизесу).

Рисунок 3 - Эпюра распределения эквивалентных напряжений (по фон Мизесу)

Разработанная и конечно-элементная модель быстропротекающего нелинейного процесса опрессовки клеммы с использованием продукта явной динамики АМ8У8®ЕХРиС!Т БТК демонстрирует концептуальное решение задачи. Используя полученную модель для исследования разрабатываемого пуансона, можно формулировать требования к модификации исходной геометрии на основании результатов расчета.

Список литературы:

1. Тимина Н.В., Кангин М.В. Исследование конечно-элементной модели процесса изнашивания деталей аппликатора с целью улучшения конструкции и прогнозирования срока службы // Будущее технической науки: сборник материалов XV Международной молодежной научно-технической конференции / НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - Нижний Новгород, 2016. - 180 с.