CC BY
71
Как видно из табл. 2, мы практически производим и применяем прокат, соответствующий современной европейской классификации такой, как прокат категории «А», каким бы способом мы его не производили - горячим или холодным. Действующие в настоящее время НД на арматурный прокат не позволяют отечественному производителю выпускать арматурный прокат, отвечающий всем современным требованиям. В том числе и по безопасности. Совершенно очевидно, что для получения отечественного высокопластичного арматурного проката категории «С» необходима оперативная разработка новых НД, как на производство арматурного проката, так и на его применение.
Таблица 2
Основные технические требования к арматурному прокату в России
Норматив Класс Технические требования к арматурному прокату
<7 j , МПа, не менее МПа, не менее сгв/_ сгх, не менее , %, не менее ^тах/^р ' не менее
СТО АСЧМ 7-93 А400С 400 500 1,05 16 2,5/2,0
А500С 500 600 1,05 14 2,5/2,0
ГОСТ Р 52544-2006 А500С 500 600 1,08 14 -
В500С 500 550 1,05 - 2,5/2,0
Список литературы
1. Харитонов В.А., Харитонов Вик.В., Сокол X. Современные тенденции развития арматурного проката для ненапряженного железобетона: Европа-Россия // СтройМеталл. 2011. №2(21). С. 8-20.
2. Харитонов В.А., Харитонов Вик.В., Сокол X. Больше, чем холоднодеформированный прокат // Металлоснабжение и сбыт. 2009. № 9. С. 52-57.
3. Харитонов В.А., Харитонов Вик.В., Иванцов А.Б. Обработка бунтовой арматурной стали по схеме «Растяжение-знакопеременный изгиб» (Технология, теория, оборудование) // Металлург. 2010. № 4. С. 78-83.
References
1. Kharitonov V.A., Kharitonov Vik.A., Sokol H. Modern trends in unstressed concrete reinforcing bars development: Europe-Russia // StroyMetal. 2011. № 2(21). Pp. 8-20.
2. Kharitonov V.A., Kharitonov Vik.A., Sokol H. More than cold processed rolling // Metal supply and sale. 2009. № 9. Pp. 52 - 57.
3. Kharitonov V.A., Kharitonov Vik.A. Coiled reinforcing steel processing to the scheme "tension - alternating-sign bending" (technology, theory, equipment) // Metallurg. 2010. № 4. Pp. 78-83.
УДК 621.771
СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ
Паршина A.A.
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург, Россия
Современные требования по внедрению рациональных и ресурсосберегающих технологий создают все предпосылки к использованию в технике узкоспециальных полуфабрика-
тов, в частности, специальных трубных профилей. Известны трубы, имеющие переменную по периметру поперечного сечения толщину стенки (рис. 1).
оо
Рис. 1. Профили поперечного сечения труб с переменной толщиной стенки
К этому типу относятся трубы с наружным шестигранным и круглым внутренним профилем. Они находят применение в атомном и теплотехническом машиностроении [1], метизном производстве [2]. Трубы со схожим профилем приметаются в нефтегазовой отрасли [3]. Особенности области использования этого вида труб приводят к появлению специфических требований к точности профиля поперечного сечения трубы - малым радиусам скругления на ребрах профиля, высокой прямолинейности граней.
Такие трубы обычно получают волочением в профильной волоке шестигранного профиля (исследования показывают, что оптимальной по нескольким параметрам является форма канала волоки с плавным переходом из круглого в шестигранный профиль). Для получения круглого внутреннего профиля используется цилиндрическая оправка. Процесс волочения сопровождается значительным уровнем пластических деформаций, что обусловлено наличием течения металла из зон с малой толщиной стенки (середины граней профиля) в зоны с ее большой толщиной (ребра профиля). Сложность процесса требует использования для анализа формоизменения современной компьютерной реализации метода конечных элементов - пакета АпБУБ [2].
Требования получения минимальных радиусов скругления на ребрах профиля на практике пытаются удовлетворить за счет волочильного инструмента, имеющего в соответствующих участках нескругленный, «острый» профиль. Такое решение имеет недостаток, связанный с появлением на этих участках зазора, вследствие неполного заполнения металлом просвета волоки, который, в свою очередь, приводит к возникновению неблагоприятного напряженного состояния (с двухосным растяжением), снижению пластичности, а в предельном состоянии - появлению трещин и разрушению в этой зоне.
Конечно-элементное моделирование процесса на современном этапе позволяет предсказать величину получаемого «естественного» радиуса скругления при вершине, с тем, чтобы спроектировать инструмент, имеющий несколько большие значения радиусов на гранях, и обеспечивающий напряженное состояние, более близкое к оптимальному всестороннему сжатию.
Наличие пластическое течения в объеме стенки трубы потребовало задания такой плотности конечно-элементной сетки, при которой по толщине стенки трубы имеется несколько конечных элементов. Вследствие относительно тонкой стенки, общее количество конечных элементов модели составляет несколько десятков тысяч, что при использовании нелинейной модели приводит к значительному времени решения. С целью снижения этого времени была построена модель с использованием принципов плоскостной симметрии шестого порядка.
При пробном решении было проведено определение стабильности разбивки, включавшей итерационный процесс последовательного сгущения сетки с контролем ключевых интегральных результатов решения в заданных точках (величины интенсивности напряжений и
деформаций). По результатам была принята плотность сетки, отвечающая выбранной точности решения, соответствующей точности замеров на натурной модели.
Модель включала три конечно-элементных модели - профильной волоки, трубной заготовки и оправки. Свойства исследованных материалов (сталь марки 12Х18Н10Т, латунь Л63, сталь марки 20, титан ВТ 1-0) были заданы в виде мультилинейных кинематических зависимостей. Решение задачи позволило определить форму получаемой трубы, которая соответствует таковой для натурной трубы (рис. 2).
Расчет состоял из трех основных этапов:
- предварительного, производимого с низкой плотностью конечно-элементной сетки, и предназначенного для проверки правильности задания граничных условий и исходной геометрии;
- основного, с плотностью конечно-элементной сетки, эквивалентной 4-5 элементам по толщине стенки трубы в самом тонком месте профиля, и предназначенного для отыскания геометрии получаемой трубы, компонентов напряженного и деформированного состояния, схемы распределения давления на инструмент, энергосиловых параметров процесса.
- дополнительного, производимого при дополнительном сгущении сетки в зонах заготовки, соответствующих граням будущего профиля, и предназначенного для поиска радиуса скругления на ребрах профиля.
Таким образом, конечно-элементное моделирование процесса волочения труб позволяет предсказать формоизменение для конкретных типоразмеров исходной заготовки и инструмента, что позволяет подобрать их для получения требуемых параметров (размеров, точности) готовой продукции.
а б
Рис. 2. Конечно-элементная модель процесса волочения: а - исходное состояние; б - конечное состояние
Важной особенностью используемого метода является возможность анализа деформированного и напряженного состояния трубной заготовки, определения давления на инструмент, значений поврежденности материала трубы, в частности, на рис. 3 показана схема распределения интенсивности пластических деформаций по профилю поперечного сечения. Это позволяет предсказать факторы надежности готовых труб, выбрать рациональный профиль инструмента, снизить энергоемкость процесса.
Представляется возможным также установить формоизменение для конкретного материала трубной заготовки, для чего в качестве исходных параметров, используемых при решении задачи, использовать реально полученные (например, на испытательной машине) пластические свойства материала.
Рис. 3. Распределение интенсивности пластических деформаций по профилю поперечного сечения (более темные участки соответствуют более высоким значениям величины)
Анализ значений радиусов граней профиля, получаемых на модели готовой трубы, позволяет совместно с отысканием значений поврежденности металла не только предсказать надежность готовой продукции, но и повысить ее путем использования рациональной геометрии профилирующего инструмента.
Следует отметить, что задача отыскания параметров очага деформации при получении труб с переменной толщиной стенки решена впервые, а об актуальности ее говорит широкая применимость данного типа труб, повышение качества которых позволит в значительной степени повысить конкурентоспособность этой продукции на рынке.
Список литературы
1. Коваленко Л.М., Глушков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. М.: Энергоатомиздат, 1986. 259 с.
2. Данченко В.Н., Сергеев В.В., Никулин Э.В. Производство профильных труб. М.: Ин-термет инжиниринг, 2003. 224 с.
3. Трубы для нефтяной промышленности / В.А. Ткаченко, A.A. Шевченко, В.И. Стри-жак и др. // М.: Металлургия, 1986. 256 с.
4. Басов К.A. ANSYS в примерах и задачах / под общ.ред. Д.Г. Красковского. М.: Компьютер Пресс, 2002. 224 с.
References
1. Kovalenko L.M., GlushkovA.F. Heat exchangers with heat transfer enhancement. M.: Energoatomizdat, 1986. 259 p.
2. Danchenko V.N., SergeevV.V., Nikulin E.V. Profiled pipes production. M.: Internet engineering, 2003. 224 p.
3. Pipes for oil industry / V.A. Tkachenko, A.A. Shevchenko, V.l. Strizhak and others // m.: Metallurgiya, 1986. 256 p.
4. Basov K.A. ANSYS in examples and tasks / under general ed. D.G. Kraskovskiy. M.: Computer Press, 2002. 224 p.
