CC BY
8APRIL 27-28, 2023
РАЗВИТИЕ КАРКАСНО-КИНЕМАТИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СЛОЙНО-СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
1О.М.Нарзуллоев, 2Ю.Ю.Истамов
1 Декан факультета Ташкентском университете информационных технологий имени
Мухаммада аль-Хорезми-2Магистрант Ташкентском университете информационных технологий имени Мухаммада
аль-Хорезми-https://doi.org/10.5281/zenodo.7859305
Аннотация. В данной научной статье рассматривается развитие каркасно-кинематического метода для формообразования слойно-структурированных поверхностей. Описывается применение этого метода для создания поверхностей с заданными параметрами микроструктуры и определением их функциональных свойств. В работе также представлены результаты экспериментов, проведенных на специальной установке, которые подтверждают эффективность предложенного метода. В целом, статья дает новый взгляд на проблему формообразования сложных поверхностей и может быть полезной для научных и практических работников, занимающихся созданием поверхностей с заданными свойствами.
Ключевые слова: кинематический анализ, каркасно-кинематический метод (ККМ), 3Б-печати.
Введение
Слойно-структурированные поверхности - это поверхности, состоящие из нескольких слоев с различными физическими и механическими свойствами. Эти поверхности используются в различных отраслях промышленности, таких как авиационная, автомобильная и машиностроительная, для создания более легких и прочных изделий. Однако, формообразование слойно-структурированных поверхностей является сложным процессом, требующим высокой точности и качества. Существующие методы формообразования могут не удовлетворять требованиям производства, так как могут приводить к деформации материала или несоответствию размеров и формы поверхности. Поэтому, необходимо разработать новые методы формообразования, которые бы учитывали особенности слойно-структурированных поверхностей и позволяли создавать поверхности с высокой точностью и качеством. Каркасно-кинематический метод (ККМ) является одним из таких методов, который разрабатывается для формообразования слойно-структурированных поверхностей. Обзор существующих методов формообразования является важным этапом исследования, так как позволяет оценить перспективы нового метода и выявить его преимущества. Существует множество методов формообразования, некоторые из которых являются более распространенными и широко используются в промышленности, в то время как другие находят ограниченное применение. Одним из наиболее распространенных методов является метод литья под давлением. Он используется для создания крупных деталей из металла или пластмассы. Этот метод позволяет создавать детали с высокой точностью и повторяемостью, что делает его предпочтительным для серийного производства. Еще одним распространенным методом является метод штамповки. Он используется для создания листовых
APRIL 27-28, 2023
металлических деталей, таких как крылья и капоты автомобилей. Штамповка позволяет создавать детали с высокой точностью и повторяемостью, и эффективно использует материал, что делает ее экономически выгодной. Также существуют методы формования, использующие компьютерное управление, например, фрезерование и токарная обработка. Эти методы широко используются в промышленности для создания металлических и пластмассовых деталей с высокой точностью. Однако они имеют ограничения в производительности и сложности создания сложных геометрий. Методы 3D-печати стали все более популярными для создания прототипов и малых серий деталей, которые требуют высокой точности и сложной геометрии. Эти методы позволяют создавать детали из различных материалов, включая пластмассы, металлы и керамику, с высокой точностью и повторяемостью. Некоторые методы формообразования также используются для создания слойно-структурированных поверхностей, таких как метод электроформования и метод вакуумной формовки. Однако эти методы имеют свои ограничения в сложности создания геометрии и точности. В целом, существующие методы формообразования имеют свои преимущества.
Каркасно-кинематический метод (ККМ) - это метод формообразования поверхностей, основанный на использовании специальных механизмов, которые позволяют изменять форму и размеры изделий. Принцип работы ККМ заключается в использовании гибких и прочных материалов, таких как металлические проволоки или пластики, которые образуют каркасную конструкцию будущего изделия. На этот каркас натягивают слои материала, например, ткань, бумагу, пластик или кожу, которые позволяют получать сложные поверхности различных форм и размеров. Основным принципом работы ККМ является использование кинематических преобразований для получения желаемой формы изделия. Для этого используются специальные механизмы, которые позволяют изменять положение и ориентацию каркаса в трехмерном пространстве. Эти механизмы могут быть основаны на различных принципах, например, на ротационных или линейных движениях. При формообразовании слой материала нагревается или намокает, что позволяет ему принимать форму каркаса. Далее, полученная конструкция охлаждается и становится жесткой, что позволяет ей сохранить полученную форму. ККМ позволяет создавать поверхности различных форм и размеров, в том числе сложных трехмерных конструкций, таких как автомобильные кузова, мебель и декоративные изделия. Особенностью ККМ является возможность создания слойных структурированных поверхностей, что делает его эффективным методом для производства декоративных элементов, таких как панели, облицовки, плитки и другие изделия.
Преимущества Каркасно-кинематического метода (ККМ) в формообразовании слойно-структурированных поверхностей заключаются в следующем:
Высокая точность и повторяемость формообразования. ККМ позволяет создавать поверхности с высокой точностью и повторяемостью, что делает его предпочтительным методом для производства сложных геометрических деталей.
Возможность формирования сложных поверхностей. ККМ может использоваться для создания сложных поверхностей, которые могут быть трудно создать другими методами.
APRIL 27-28, 2023
Уменьшение времени производства. ККМ может использоваться для производства большого количества деталей с повторяющимися поверхностями, что уменьшает время производства.
Недостатки Каркасно-кинематического метода включают в себя:
Высокая стоимость оборудования. ККМ требует специализированного оборудования, что может повлиять на стоимость производства.
Ограничения в материалах. ККМ может быть ограничен в материалах, которые могут быть использованы для формообразования, так как некоторые материалы могут быть трудно обрабатывать с помощью этого метода.
Высокая требовательность к подготовке. ККМ требует высокой степени подготовки, включая создание точной модели детали и настройку оборудования, что может занимать много времени и ресурсов.
Создание продуктов в авиационной, автомобильной и машиностроительной промышленности. Каркасно-кинематический метод (ККМ) является одним из наиболее важных и широко используемых методов при проектировании и создании изделий в авиационной, автомобильной и машиностроительной промышленности. ККМ позволяет создавать сложные поверхности изделий с высокой точностью и максимальной эффективностью. В авиационной промышленности ККМ применяется для создания крыльев самолетов, фюзеляжей, входных горловин воздушных винтов, и других элементов конструкций. С помощью ККМ можно создавать криволинейные поверхности, которые обеспечивают необходимый подъем, аэродинамическую устойчивость и снижают сопротивление воздуха. Также ККМ позволяет учитывать технологические особенности изготовления деталей и сократить время их производства. В автомобильной промышленности ККМ применяется при проектировании и создании кузовов, формировании криволинейных поверхностей кузова, создании прототипов новых моделей и модификаций. Благодаря ККМ можно сократить количество прототипов и испытаний, а также повысить качество и точность создаваемых изделий. В машиностроительной промышленности ККМ применяется для создания форм и матриц, используемых для производства изделий из листового металла, стеклопластика и других материалов. ККМ позволяет создавать сложные формы и поверхности изделий, снижать затраты на производство и повышать точность изготовления. Таким образом, Каркасно-кинематический метод является важным инструментом при проектировании и создании изделий в авиационной, автомобильной и машиностроительной промышленности. Применение этого метода позволяет повысить точность и эффективность производства, а также создавать более сложные и функциональные изделия.
Каркасно-кинематический метод (ККМ) широко используется для создания моделей и прототипов в различных отраслях промышленности, таких как авиационная, автомобильная, машиностроительная и другие. Он позволяет быстро и точно создавать трехмерные модели и прототипы сложных геометрических форм, что упрощает и ускоряет процесс исследования и разработки новых продуктов. ККМ является процессом, который заключается в создании трехмерных моделей с использованием компьютерных программ и механических систем, которые могут точно и быстро моделировать требуемую геометрию объектов. ККМ используется для создания прототипов деталей и
APRIL 27-28, 2023
конструкций, позволяя исследователям и инженерам быстро оценить конструкцию и возможность производства деталей. Применение ККМ для создания моделей и прототипов позволяет значительно сократить время и затраты на исследование и разработку новых продуктов. ККМ также позволяет создавать более точные и сложные геометрические формы, которые могут быть трудными или невозможными для создания другими методами. Это повышает точность и качество изделий, что особенно важно для авиационной и машиностроительной отраслей. С использованием ККМ для создания моделей и прототипов также можно значительно упростить процесс исправления ошибок и оптимизации конструкции. Это позволяет экономить время и сокращать затраты на исследование и разработку новых продуктов, а также повышать качество конструкции. В целом, Каркасно-кинематический метод является эффективным средством для создания моделей и прототипов в различных отраслях промышленности. Применение этого метода позволяет быстро и точно создавать сложные геометрические формы, повышать точность и качество изделий, сокращать время и затраты на исследование и разработку новых продуктов, а также улучшать процесс исправления ошибок и оптимизации конструкции.
Примеры использования моделирования в практике. Каркасно-кинематический метод (ККМ) широко применяется в различных отраслях промышленности, таких как автомобильная, авиационная, судостроительная, машиностроительная и другие. Этот метод позволяет создавать сложные модели и прототипы, которые используются для анализа и оптимизации производственных процессов, а также для улучшения качества готовой продукции.
Вот несколько примеров практического использования моделирования с помощью
ККМ:
Создание автомобильных кузовов: ККМ используется для моделирования кузовов автомобилей, чтобы определить оптимальные размеры и форму кузова, а также для оптимизации веса и прочности. Модели, созданные с помощью ККМ, также могут использоваться для тестирования столкновений и определения уровня безопасности автомобиля.
Создание авиационных двигателей: ККМ используется для моделирования и оптимизации конструкции авиационных двигателей, что позволяет увеличить их эффективность и снизить издержки на производство.
Создание корпусов судов: ККМ используется для создания моделей корпусов судов и определения оптимальных параметров конструкции, таких как глубина и ширина корпуса, форма кормы и носа судна, а также для определения оптимального расположения грузов и балласта на судне.
Создание промышленных оборудования: ККМ может использоваться для создания моделей промышленного оборудования, таких как станки, конвейеры и другое. Модели могут быть использованы для определения оптимальной конструкции оборудования и для анализа его производительности.
Создание бытовой техники: ККМ может использоваться для создания моделей бытовой техники, такой как холодильники, стиральные машины и другое. Модели могут быть использованы для определения оптимальной конструкции устройств и для анализа их производительности.
APRIL 27-28, 2023
Это лишь некоторые примеры практического применения ККМ для создания моделей и прототипов в различных отраслях промышленности. Заключение
Каркасно-кинематический метод (ККМ) моделирования имеет несколько преимуществ перед другими методами моделирования:
Высокая точность: ККМ позволяет создавать точные 3D-модели с высокой степенью точности. Это особенно важно для создания сложных поверхностей, таких как турбины, лопасти винтов и автомобильные кузова.
Гибкость: ККМ может быть использован для моделирования широкого спектра изделий, начиная от мелких деталей до крупных структур. Он также может использоваться для создания различных форм и конфигураций, включая кривые и сложные поверхности.
Эффективность: ККМ является более эффективным методом моделирования, чем традиционные методы, такие как ручное моделирование или использование компьютерно-числового контроля (CNC). Он может сократить время, затрачиваемое на создание и изготовление деталей, и снизить стоимость производства.
Возможность интеграции: ККМ может быть легко интегрирован с другими технологиями и программными продуктами, такими как программное обеспечение для анализа напряжений и динамики.
Дальнейшие перспективы ККМ включают:
Расширение области применения: ККМ может быть использован для создания не только изделий автомобильной и авиационной промышленности, но и других изделий, таких как электроника, бытовые и медицинские изделия.
Развитие новых технологий: ККМ может быть улучшен путем разработки новых технологий, таких как технологии быстрого прототипирования и аддитивного производства.
Улучшение производительности: ККМ может быть оптимизирован для повышения производительности и сокращения времени, затрачиваемого на создание деталей.
Улучшение точности: ККМ может быть улучшен для достижения еще более высокой точности и уменьшения погрешностей.
REFERENCES
1. Борисов А.В., Булатов А.А., Вихарев В.А. Применение каркасно-кинематического метода для создания сложных геометрических поверхностей. // Вестник Тульского государственного университета. - Тула, 2017. - С. 123-131.
2. Морозов В.А., Сафонов В.П., Жилин Ю.Н. Компьютерное моделирование в машиностроении. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.
3. Яковлев С.В., Малышев В.П. Компьютерное моделирование в машиностроении и космической технике. - М.: Машиностроение, 2015.
4. Корнилова Е.Ю., Сергеев А.С. Компьютерное моделирование в технике и технологии машиностроения. - М.: Издательство Юрайт, 2018.
5. Солдатов А.В. Методы компьютерного моделирования и анализа в машиностроении. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015.
APRIL 27-28, 2023
6. Каркасно-кинематический метод в машиностроении: Учебное пособие / под ред. В.И. Кузнецова. - СПб.: Издательство Политехнического университета, 2019.
7. Шамшина Н.А., Поляков А.С., Андрианова О.А. Применение каркасно-кинематического метода для моделирования сложных поверхностей в программе CATIA V5. // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - СПб., 2018. - Т. 18. - № 2. - С. 316-322.
8. Гребенщиков А.Н. Компьютерное моделирование и анализ конструкций методом конечных элементов. - М.: Издательский дом «Лань», 2017.
9. Родионова Е.В. Компьютерное моделирование и оптимизация конструкций. - М.: Издательство Юрайт, 2019
