Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическое моделирование процессов пластического формоизменения оболочек из листовых металлов Сухомлинов, Лев Георгиевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сухомлинов, Лев Георгиевич. Математическое моделирование процессов пластического формоизменения оболочек из листовых металлов : автореферат дис. ... доктора технических наук : 01.02.04 / Ин-т электронного машиностроения.- Москва, 1992.- 38 с.: ил. РГБ ОД, 9 93-1/1920-5

Введение к работе

Актуальность проблемы. Процессы формообразования оболочек из листовых металлов под действием жестких инструментов; давления жидкости или эластичной среды широко распространены в автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности. Существующая до настоящего времени ориентация на преимущественно экспериментальную отработку параметров подобных процессов приводит к значительным временным и материальным затратам. При таком подходе остаются скрытыми механизмы влияния различных факторов на процесс деформирования оболочки, что существенно затрудняет поиск наиболее рациональных вариантов формоизменения.

Имеющиеся аналитические подходы к расчету параметров формоизменения оболочек из листовых металлов построены на основе таких упрощающих предположений (идеально-пластичный материал, выделение очагов деформации, стационарность процесса деформирования, неучет истории нагружения и т.д.),- которые позволяют дать лишь крайне приближенную оценку напряженно-деформированного состояния.

Постоянно повышающиеся требования к сокращению сроков проектирования процессов формообразования оболочек из листовых металлов, к поиску наиболее рациональных вариантов формоизменения (при которых возможна экономия исходного листового материала за счет максимального использования его способности к пластическому деформированию без разрыва) выдвигают перед специалистами проблему создания математических моделей и автоматизированных систем для анализа поведения оболочек в процессах формоизменения с учетом всего многообразия физико-механических и геометрических факторов, способных повлиять на протекание таких процессов. При этом необходимость решения проблемы моделирования именно в комплексе, когда математическая модель процесса формоизменения оболочки доведена до уровня автоматизированной системы, обусловлена тем, что реальные промышленные процессы формообразования из листовых металлов характеризуются настолько большим разнообразием и сложностью конфигураций используеїшх инструментов, что без автоматизации'моделирования выход на задачи формоизменения реального производства практически невозможен.

К настоящему времени разработан достаточно широкий

спектр математических моделей формоизменения оболочек при больших пластических деформациях как в упрогопластической, так и в жесткопластической формулировках. Сравнительный анализ имеющихся численных результатов показывает, что надежность многих моделей недостаточно высока дахе по отношению к простейшим случаям формоизменения. Одна из главных причин подобной ситуации состоит в неучете при пошаговом решении задачи о больших пластических деформациях такого важного для оболочки (тем более в области больших деформаций) фактора, каким является поворот ее элементов на временном интервале.

Характеризуя в , целом ситуацию с моделированием процессов пластического формоизменения оболочек из листовых металлов, можно с одной стороны указать модели в которых корректно учтены особенности поведения оболочки- на шаге нагружения. Однако такие модели находятся либо в стадии тестовой.отработки, либо реализованы для такого узкого круга задач формоизменения, что область их применения как инструментов анализа реальных производственных операций формоизменения выглядит весьма ограниченной. С другой стороны, можно отметить модели, которые реаяизо-ванны в виде систем, способных рассматривать широкие классы процессов формоизменения оболочек. Однако такие модели основаны на алгоритмах, которые'демонстрирует недостаточную надежность при рассмотрении тестовых примеров, и в этой связи их применение при решении реальных.производственных задач формоизменения оболочек из.листовых металлов представляется проблематичным.

Таким образом, комплексная проблема, включающая создание надежных и эффективных математических моделей больших пластических деформаций оболочек и "их реализацию в виде автоматизированных систем для исследования широких классов задач формообразования из листовых'металлов, к настоящему времени не получила решения, удовлетворкыцего потребностям практики.

Цель работы. Основными целями настоящей работы являются:

разработка подхода к построению дискретных моделей формоизменения оболочек при больших пластических деформациях (в условиях контактного взаимодействия с инструментами) с учетом поворотов элементов оболочки на малом временном интервале;

создание на основе такого подхода дискретных моделей оболочек применительно к различным типам формоизменения (изгиб и кручение, плоская, осесишетрнчікиГи неосесшмметричная деформация);

реализация разработанных дискретных моделей в виде автомати-

-3-зироваюшх систем, ориентировашшх на решение широких классов задач пластического формоизменения оболочек; - проведение анализа процессов пластического форлоизменения оболочек различной конфигурации на оонове разработанных моделей с целью установления присущих им механических закономерностей и выработки рекомендаций по их использованию в практие.

Научная новизна, Разработан подход к построению дискретних моделей пластического формоизменения оболочек из листовых, металлов, при котором в рамках жесткопластнческой модели материала, пошаговой схемы нагрузкения, дискретизации оболочки на основе симплексных элементов, лагранжевой формулировки на шаге с использованием прямоугольных систем координат и соотношений геометрически нелинейной теории в квадратичном приближении осуществляется учет такого важного для оболочки при больших деформациях фактора, каким является поворот ее"элементов на шаге. Отличительная особенность подхода состоит в обеспечении полного итерационного уравновешивания дискретной модели в конце.каждого шага иагружения с учетом изменения ее конфигурации и контактных условий на шаге. При конкретизации подхода на различные случаи пластического формоизменения созданы и реализованнн в виде автоматизированных систем дискретные модели осесимметричной, плоской и неосесимметричной деформации тонкой оболочки под действием жестких инструментов,, а также дискретная модель форлоизменения толстой оболочки глк тела вращения.

Путем сравнительного анализа с использованием экспериментальных данных и результатов моделирования в рамках разработанного жесткопластаческого подхода показано, что тленно коррект--ный учет изменения конфигурации оболочки на малом временном интервале позволяет получать числовые результаты, близкие к экспериментальным на протяжении всего процесса форлоизменения. Заметные отклонения от эксперимента числовых результатов, полученных в классе задач о больших пластических деформациях оболочек на основе известных упругоплзстических и жесткопластических дискретных моделей связано не с погрешностями в исходных данных по флзкко-механическим характеристикам материала и коэффициентам трзния (на что обычно ссылаются в таких случаях), а с на-хоплеї лгт численных погрешностей вследствие использования явных инкрементальных схем, не учитывакцих изменение конфигурации оболочки на времешгам шаге.

Экспериментально подтверждена способность разработанных мо-

_4-делей предсказывать разрыв формуемой оболочки по критерию достижения предельного состояния и локализации деформации. Представлены результаты параметрических исследований, которые устанавливают количественные закономерности влияния характеристик упрочнения материала, коэффициентов трения, размеров заготовки и геометрии инструментов на параметры формоизменения (в том числе и предельные) оболочек в-различного типа форлообразующих операциях (изгиб, кручение, вытяжка, растяжение, обтяжка). Автор защищает:

подход к построению дискретных моделей пластического формоизменения оболочек из листовых металлов, обеспечивающий получение надежных числовых результатов в области больших пластических деформаций на основе корректного учета изменения конфигурации оболочки на малом временном интервале;

созданные на основе предложенного подхода и реализованные в виде автоматизированных систем'для решения широких классов задач формообразования из листовых металлов дискретные модели:

изгиба и кручения тонкой полосы при больших пластических де-формациях;

пластического фор.юизменения безмоментных оболочек в условиях осесимметричной, плоскої! и неосесшллетрнчной деформации;

пластического фор.юизменения толстой оболочки как тела вращения;

- решение задач изгиба и кручения тонких металлических по
лос, вытяжки и фор.ювкн тонких и толстых оболочек различной
конфигурации, из листовых металлов и внедрение результатов -вы
полненных исследований в практику.

Достоверность научных положений, результатов и выводов обеспечивается использованием вариантов законов пластического течения и контактного взаимодействия, прошедших экспериментальную проверку в классе проблем формообразования из листовых металлов; пошаговой формулировкой задачи с применением геометрически нелинейной теории в квадратичном приближении, хорошо зарекомендовавшей себя в задачах с большими прогибами тонких оболочек; обеспечением полного итерационного уравновешивания дискретной модели оболочки с учетом изменения ее конфигурации и контактных условий на шаге; сопоставлением результатов численного моделирования с экспериментом и с известными численными решениями. «

Практическая ценность работы заключается в разработке и ре-

-5-ализации в виде автоматизированных систем гля решения широких классов задач пластического'формоизменения ооолочек из листовых металлов математических моделей, способных предсказывать поведение оболочек в реальных промышленных процессах формообразования; во внедрении версий разработанных систем на предприятиях автомобильной промышленности (ГО "Москвич", УАЗ), а также внедрении результатов исследований реальных производственных процессов .формообразования из листовых металлов з практику промышленных предприятий (ПСМосквич", БАЗ, НПО"Энергия", УАЗ, ЗиЛ).

Версии разработанных систем к другие результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедр "Теоретическая механика" и "Обработка металлов давлением" Московского автомеханического института, а также кафедры "Обработка металлов давлением" Ульяновского политехнического института.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзной научно-технической конференции ^Системы автоматизированного проектирования в кузнечно-штамповочном производстве" /Свердловск, 1988г./; конференции "Опыт освоения новой техники, оснастки, материалов в кузнечно-штамповочном гроизводстве" /Пенза, 1988г./; республиканской конференции "Прогрессивные методы обработки металлов давлением" /Рига,' L989r./; Всесоюзном совещании по трибологическим проблемам в іроцессах обработки материалов /Киев, 1989г./; научно-техничес-кзй конференции МАМИ / Москва, 1989г./; Всесоюзной Школе "Чис-тенные методы механики сплошной среды" Драсноярск, 1989г, [,991г./; Международной конференции по автоматизированным систе-лам обучения в науке и технологии /Барселона (Испания) 1990г./; їеждународной конференции по техническому проектированию /Дуб-хэвник (Югославия) 1990г./; семинарах по механике в МАМИ, Мосс-?анкине и МИЭМе /Москва, 1992г./.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы от-яжены в 29 публикациях в отечественных и зарубежных изданиях. і автореферате приведен список 20 основных статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, яти разделов, заключения, списка литературы и приложения. Ра-іота содержит 246 страниц основного машинописного текста, 67 границ рисунков, 2 страницы таблиц. Список литературы включает 16 наименований. В приложении приведены акты о внедрении ре-ультатов работы.