Введение к работе
Актуальность темы. В обработке металлов давлением происходят постоянный поиск новых и повышение эффективности существующих технологических процессов, способствующих улучшению надежности деталей и конструкций
Одним из эффективных ресурсосберегающих путей решения этих задач является метод моделирования технологических процессов и аварийного разрушения конструкций на вычислительных машинах Вычислительная система, проектирующая процессы обработки металлов давлением, включает в себя модели кинематики оборудования, технологического процесса, материала заготовки Наибольшими резервами к повышению точности моделирования операций формообразования обладает совершенствование моделей материала
Разнообразие материалов, используемых в машиностроении, предопределило большое число различных моделей для их описания В современных конечно-элементных программах число моделей исчисляется десятками, а иногда и сотнями вариантов Модели материалов основываются на определенных параметрах, получаемых экспериментально Число параметров весьма велико, некоторые карты материалов конечно-элементных программ содержат порядка тридцати - сорока параметров Эффективным способом повышения точности экспериментального определения параметров материалов являются использование вычислительной техники в эксперименте и совершенствование методов обработки результатов Методики должны учитывать специфику конкретных испытаний, таких как наличие определенных характеристик в результате испытания, взаимосвязь и взаимозаменяемость испытаний, полнота и достоверность результатов
Таким образом, для повышения качества моделирования технологических операций обработки металлов давлением является актуальным дальнейшее совершенствование методов определения параметров материалов и выбора их моделей для конкретного материала
Настоящая работа выполнялась в соответствии с перечнем критических технологий федерального уровня, направление 2 6 — «Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления» Тема работы включена в основное научное направление ВГТУ «Компьютерная механика и автоматизированные системы проектирования технологий и конструкций машиностроения и аэрокосмической техники», научное направление «Автоматизированное проектирование операций листовой штамповки» кафедры «Прикладная механика» ВГТУ Работа выполнялась на кафедре «Прикладная механика» Воронежского государственного технического университета
Целью исследования являлась разработка методик экспериментально-расчетного определения технологических характеристик материалов, используемых в САПР и конечно-элементных программах, широко применяемых в расчете процессов листовой штамповки и моделировании аварийного разрушения деталей и конструкций с учетом истории деформирования в операциях вытяжки деталей
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи
- разработать методики экспериментально-расчетного определения характери-
стик листового и профильного материала для построения поверхности нагружения и законов упрочнения,
разработать методики экспериментально-расчетного определения предельных свойств материала, необходимых для прогнозирования возникновения технологических отказов параметры устойчивого деформирования, разрушения отрывом и срезом,
разработать комплексное программное обеспечение определения параметров моделей пластичности материалов,
внедрение результатов исследований в практику испытаний различных профильных и листовых материалов,
оценить точность определения механических и предельных деформационных свойств материалов на качество проектирования операций обтяжки профильных и листовых деталей
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории пластичности Проверка предлагаемых методик осуществлялась с применением пакетов конечно-элементных программ Экспериментальные исследования проводили с использованием современных испытательных машин и регистрирующей аппаратуры Обработку данных осуществляли с применением методов математической статистики
Научная новизна работы.
Предложены новые виды испытаний материала для определения поверхности нагружения листовых материалов
Исследовано влияние выбора уравнения аппроксимации на точность описания кривой течения материала заготовки в областях деформирования, характерных для различных процессов обработки металлов давлением
Разработаны экспериментальные методики построения диаграмм разрушения отрывом и срезом
Исследовано влияние деформационных свойств материала на точность формообразования профильных деталей гибкой с растяжением
Практическая значимость:
создано и внедрено программное обеспечение на основе разработанных алгоритмов, позволяющее улучшить качество и сократить трудоемкость обработки результатов испытаний,
предложенные методики позволяют повысить точность формообразования и надежность прогнозирования технологических дефектов при проектировании различных операций листовой штамповки, снижают себестоимость проектировочных и доводочных работ,
для алюминиевых сплавов АМГ и дуралюминов, высокопрочных двухфазных сталей даны рекомендации по оценке разрушения и потери устойчивости в операциях вытяжки и гибки с растяжением различных профильных деталей и деталей из листа,
моделирование аварийного разрушения на основе правильно выбранной модели материала и его более точных характеристик позволяет на ранней стадии проектирования конструкции сделать рекомендации по выбору оптимальной геометрии и материалов ответственных элементов этой конструкции, оптимизировать конструкцию с целью обеспечения ее бездефектного изготовления,
- создано программное обеспечение для управления базой данных результатов испытаний, позволяющее накапливать результаты механических испытаний для последующего их использования, что приводит к снижению затрат на подготовку производства
Достоверность результатов обеспечена корректной постановкой задачи, использованием современных и надежных методов исследований и программирования, проведением численных и лабораторных экспериментов, сопоставлением полученных результатов с данными других исследователей Научные положения и практические результаты подтверждены опытно-промышленными испытаниями разработанных технологий Примененный для численной проверки предложенных методик конечно-элементный пакет Abaqus прошел сертификацию по стандарту ISO 9001 и широко применяется при моделировании нелинейных задач в промышленности и науке
Реализация и внедрение результатов работы. На основе разработанных алгоритмов и методик создан программный комплекс обработки экспериментальных данных и хранения характеристик материалов Разработанные методики и программные средства проверены автором при испытаниях материалов в лаборатории Воронежского государственного технического университета по заказу предприятий авиационной и автомобильной промышленности, а также внедрены в учебный процесс, что подтверждается соответствующими документами Система управления базой данных материалов опробована на предприятиях Воронежского акционерного самолетостроительного общества, что подтверждено актами внедрения
Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры прикладной механики и ежегодных научно-технических конференциях Воронежского государственного технического университета, II Всероссийской научно-технической конференции «Прикладные задачи механики и тепломассообмена в авиастроении» (Воронеж, 2001), Ш Международной научно-технической конференции «Авиакосмические технологии» (Воронеж, 2002), IV Российской научно-технической конференции «Авиакосмические технологии» (Воронеж, 2003), IV и V региональных научно-методических конференциях «Информатика проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2004-2005), VI и VII Международных научно-методических конференциях «Информатика проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2006-2007), Международной научно-технической конференции «Применение теории пластичности в современных технологиях обработки давлением и автотехнических экспертизах» (Винница, 2006)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 научные работы, в том числе 2 —в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 7—зарегистрированные в ГосФАП программные продукты В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит [1] - программное обеспечение для построения делительных сеток, [2] - алгоритм обработки кривой течения, [5,7,13] - методики аппроксимации кривых течения материала, [6] - алгоритмы экстраполяции кривых течения материала, [8,10,3,23] - методики обработки результатов испытаний, [9] - программное обеспечение баз данных материала, [11, 12] -алгоритмы определения параметров поверхности нагружения, [14] - оригинальные методики обработки результатов испытаний, [15] - методики моделирования испытаний методом конечных элементов, программный комплекс обработки результатов
испытаний
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и основных выводов, списка литературы из 80 наименований и приложения, изложенных на 173 страницах, содержит 75 рисунков и 9 таблиц
