CC BY
15
малий процессов обработки и также является самообучающейся системой. При программировании систем ЧПУ для каждой аномалии процесса необходимо предусматривать свою подпрограмму реакции на аномалию, которая будет либо прерывать обработку, либо изменять ее параметры таким образом, чтобы устранить возможность развития аномалии.
Список литературы
1. Орлов А.Б., Русаков О.Л. Использование алгоритмов экспертных систем управления для оперативного прогнозирования аномалий процесса электрохимической размерной обработки // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. Тула: ТулГУ, 1994. С. 43-47.
2. Комарцова Л.Г., Максимов А.В. Нейрокомпьютеры: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 400 с.
A.B. Orlov
EXPERT AND NEURAL NETWORK ABNORMAL PHENOMENA PREDICTION SYSTEMS FOR MECHANICAL AND ELECTROTECHNOLOGY PROCESSES
The possibilities of using the algorithms of expert systems and neural network models to predict the anomalies of different processing methods are considered. In the implementation offorecasting anomalies systems is proposed. Use parametric self study.
Key words: machining, electrotechnology, abnormal processes, expert systems, neural network models.
Получено 20.12.11
УДК 539.214
В.Д. Кухарь, д-р техн. наук., проф., зав. кафедрой, проректор (4872)35-18-32, Vladimir.D.Kuchar@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Е. М. Селедкин, д-р техн. наук., проф., (4872)35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), А.Е. Киреева, канд. техн. наук, доц., (4872)35-18-32, kirealena@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ОСАДКИ КВАДРАТНОЙ ТОНКОЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ
Представлены исследования процесса осадки тонкослойной квадратной в плане пластины, выполненной из различных материалов. Проводилось сравнение полученных экспериментальных результатов с помощью метода конечных элементов.
Ключевые слова: метод конечных элементов, обработка металлов давлением, осадка, пластина, напряжения, трение, изотропный материал, силовые режимы.
Рассмотрим процесс осадки квадратной в плане заготовки между шероховатыми плитами. Принимаем материал заготовки изотропным, на
146
4= >05/л/з),
поверхности контакта материала и инструмента контактное напряжение трения определялось в соответствии с законом Кулона - Амонтона по следующим выражениям:
(1) (2)
где 05 - предел текучести материала нормальное давление на заготовку; \х - коэффициент трения.
Для исследования данного процесса методом конечных элементов (МКЭ) воспользуемся подходом, изложенным в [2]. В этом случае величина деформирующего усилия будет определяться по формуле
(з)
р=
и
е=1
где Е - число КЭ; Vе =
1
(
+
УЛ + УУ] +УУк
...V
Ук
компоненты скоростей в узлах 7, к элемента; и У^ - соответственно площадь и объем конечного элемента г}к.
Расчетная схема задачи с учетом симметрии процесса и использовании симметричного типа разбивки способом "четырехугольник, поделенный двумя диагоналями", показана на рис. 1. Степень дискретизации - 256
КЭ. Граничные условия в скоростях: =0, V
у=0
= 0.
Компоненты начального поля скоростей для запуска итерационной процедуры вычислений определяются по формулам
V* = ; уу = -(1 - ; (0 < у < 1).
(причем оптимальное значение \|/ можно установить по критерию минимума функционала полной мощности).
Заготовка в процессе деформирования осаживается до заданной степени К = - Ьтекущее )/й0 ] ■ 100 % с шагом изменения по высоте на каждом
этапе решения задачи АИ = 0,01 • /?о.
Численный расчет процесса осадки квадратной в плане заготовки был реализован при тех же исходных данных, которые приведены для расчета аналогичных задач в работах [3], [4]. Результаты расчетов в сравнении с приведенными в указанных работах отражены на рис. 2-5 (единицы измерения величин на графиках приведены в соответствие с теми, которые указаны в цитированных работах).
1. Осадка квадратной в плане пластины [3]. Исходные данные: размеры пластины 2а =20 мм, Н$=Ъ мм; материал - алюминий с аппроксима-
цией кривой аи -£и выражением ои =12,023 кг/мм2; закон трения.
тк=^, (0 <// < 1), (4)
где к - постоянная пластичности материала; ¡л - коэффициент трения по напряжению текучести.
Рис. 1. Расчетная схема задачи осадки квадратной в плане заготовки
Решение выполнено методом конечных элементов с использованием техники множителей Лагранжа для учета условия несжимаемости. Результаты сравнительных расчетов представлены на рис. 2 - 4 .
300 250 200 3 150
2
250 200 150
--/1=0.0
-----// =0.2
- /1= 0.5
---м =0.6
----//=0.7
Рис. 2. Величины усилий деформирования при осадке: а - полученные в [3]; б - вычисленные по предложенной методике
2. Осадка квадратной в плане пластины [4]. Исходные данные: размеры пластины 2а =20 мм, Н$=Ъ мм; материал - отожженный алюминий. На основании проведенных опытов по сжатию образцов с последующей аппроксимацией экспериментальных данных указано выражение для кривой ои - £и в виде <7и = 13.01(£-„+ 0.00008)° кг/мм"; контактное напряжение трения вычислялось в соответствии с законом Кулона - Амонтона по выражениям (1) - (2).
Однако, как показали проведенные расчеты, нормальное напряжение на поверхности контакта имеет значительную величину и условие /ло2 > сг, / V3 выполняется уже после нескольких первых малых этапов деформирования. Поэтому в тестовом расчете принимался закон трения (2) с коэффициентом трения по напряжению текучести ¡л =1. Численное решение задачи в [4] выполнялось с применением МКЭ и соотношений теории пластичности для пористых материалов. Жесткопластический материал аппроксимировался заданием коэффициента плотности, близкого к 100 % (в расчете 99,95 %). Результаты расчета представлены на рис. 3-4.
Из приведенных рис. 2-4 видно, что результаты расчетов хорошо согласуются с результатами вычислений по методикам, изложенным в работах [4], а также с экспериментальными данными, приведенными в этих же работах, что подтверждает работоспособность предложенной конечно -элементной модели.
Сравним полученные результаты с известными аналитическими решениями, приведенными работе [1].
Рис. 5. Усилие деформирования (в тоннах) при осадке квадратной в плане заготовки: 1 - полученные в работе [4] (точками обозначены экспериментальные значения); 2 - вычисленные по предложенной методике
0.0 3.75 7.5 11.25 мм 15.0
0 3.75 7.5 11.25 мм 15.0
а б
Рис. 4. Распределения величин напряжений <Т_ при осадке до значения Я = 40 %: а- полученные по работе [4]; б - вычисленные по предложенной методике
В этих работах в частности, предлагается использовать "аналогию с песчаной насыпью" на основании схожести дифференциального уравнения, описывающего распределение нормальных напряжений, с уравнением поверхности песчаной насыпи, известной из механики сыпучей среды. В этом случае величину нормального напряжения О- для квадратной заготовки в направлении осей х и у можно вычислить по формуле
о- =
2а с
л/3
(5)
1 +
Ь
На рис. 5 представлены результаты расчетов напряженного состояния при осадке между параллельными шероховатыми плитами квадратной пластины, выполненные по МКЭ в сочетании с расчетом нормальной компоненты напряжения по формуле (5).
о2> МПа 100
80
60
40
20
0.0
0.0 3.75 7.5 11.25 мм 15.0 X
Рис. 5. Распределения напряжения вдоль оси х при осадке со степенью 40 %: 1 - вычисленные по предложенной методике;
2 - полученные в работе [4]
Исходные данные по геометрии заготовки, механические характеристики материала и условия трения на контактных поверхностях выбраны аналогичным использованным в работе [4]. Анализ полученных результатов показывает достаточно хорошее совпадение картины напряженного состояния, полученного расчетом и аналитическим путем.
Таким образом, приведенный в работе [2] вариант конечно -элементной методики исследования процессов осадки тонкослойных заготовок между шероховатыми плитами дает результаты, хорошо согласующиеся с результатами расчетов по другим методикам и с результатами экспериментов, что свидетельствует о работоспособности предложенной модели деформирования тонкослойных заготовок.
Список литературы
1. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1978. 360 с.
2. Кухарь В. Д., Селедкин С.Е., Киреева А.Е. Математическое моделирование осадки тонколистовых заготовок // Фундаментальные прикладные проблемы техники и технологии. Орёл: Изд-во Орёл ГТУ. 2011. С. 4852.
3. Y. Kitahara [et ab.]. Analysis of Deformation of Plates in Free Forging using Rigid-Plastic Finite Element Method // J. Jap. Soc. Technol. Plast. 1977. Vol.18. 200. P. 753-759.
4. Mori K., Shima S, Osakada K. Analysis of Free Forging by Rigid-Plastic Finite Element Method Based on the Plasticity Equation for Porous Metals // Bulletin of JSME 1980. Vol. 23. 178. P. 523-529.
V.D. Kuchar, E.M. Seledkin, A.E. Kireeva
POWER MODES DEPOSITS SQUARE THIN SHEET PREPARATIONS
The researches of process deposits тонкослойной square in respect of a plate executed from various materials are presented. Comparison of the received results with the help a method of final elements and experimental was moved.
Key words: a method offinal elements, processing of metals by pressure, a deposit, a plate, pressure, a friction, an isotropic material, power modes.
Получено 14.12.11
