Моделирование динамического поведения слоистой оболочки
Проблема повышения долговечности, надежности деталей, узлов и агрегатов современных конструкций. Теоретические методы обработки давлением слоистых разнородных металлов. Динамика поведения многослойной оболочки при импульсном пластическом деформировании.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.02.2019 |
| Размер файла | 21,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование динамического поведения слоистой оболочки
В.В.Драгобецкий, А.Д.Коноваленко
Кременчугский государственный
политехнический университет
Проблема повышения долговечности, надежности и экономичности деталей, узлов и агрегатов современных конструкций требует использования материалов обладающих комплексом существенно различных физико-механических характеристик. Отдельные металлы и сплавы часто не могут обеспечить требуемую гамму свойств. Поэтому важная роль в создании новых материалов со специальными свойствами и технологий их получения и последующей обработки принадлежит слоистым металлическим композициям. Важным в этом направлении является разработка методов прогнозирования и моделирования поведения слоистых металлов при их дальнейшей технологической обработке, в частности, при формоизменении с использованием импульсных источников энергии.
Все более широкое использование слоистых металлических композиций в конструкциях летательных аппаратов, надводного, подводного и наземного транспорта стимулирует практический интерес к теориям упругопластического деформирования пластин и оболочек, учитывающих межслойные напряжения и деформации поперечного сдвига. Особое внимание уделяется исследованию поведения в краевых зонах и на свободных боковых поверхностях. Поскольку при изготовлении изделий из слоистых заготовок методами пластического деформирования, а также в процессе эксплуатации слоистые материалы подвержены межслойному разрушению. Очевидно, что по мере приближения к свободной боковой поверхности возникают большие межслойные напряжения, которые приводят к усталостному разрушению при эксплуатации и расслоению при пластическом деформировании. А именно, надежное межслойное сцепление кромок изделий из слоистых заготовок обеспечивает эксплуатационные преимущества [1].
Теоретические методы обработки давлением слоистых разнородных металлов находятся в начальной стадии своего развития. В поисках инженерного метода (совместное решение уравнений равновесия с условием пластичности) рассмотрены случаи продольного и поперечного (вдоль и поперек межслойным поверхностям) нагружения без внешнего трения и межслойного взаимодействия. Что касается классической теории слоистых пластин, ее применимость ограничивается упругими деформациями и требованием неразрывности напряжений на границе слоев. Численные модели расчета напряжений, даже в упругой области, затруднительны в связи с возникновением межслойных растяжений и сдвигов вблизи свободных поверхностей. Расчеты основанные на методах конечных элементов не преодолевают противоречий, связанных с рассогласованием с моделью однородных слове. Поэтому предпринята попытка разрешения этих противоречий в рамках механико-математической модели.
Рассмотрена конечно-разностная параметрическая модель, описывающая динамику поведения многослойной оболочки при импульсном пластическом деформировании.
Расчеты и математические модели основанные на методах конечных и граничных элементов, описывают рост межслойных напряжений. Однако эти элементы не согласуются с моделью однородных слоев, т.к. разрыв в величинах упругих постоянных и напряжений текучести приводит к неограниченному росту нормальных напряжений в точках пересечения боковой границы с межслойной поверхностью [2].
Вероятно, что наиболее целесообразно динамику многослойной оболочки при импульсном деформирования описывать конечно-разностной параметрической моделью, каждый физический элемент которой является точкой приведения соответствующей массы. Массовые точки соединяются невесомыми растяжимыми прямыми звеньями. Каждый слой разбиваем на элементы, которые выделяются двумя плоскостями, проходящими через ось симметрии многослойной оболочки Х2 (мериодиональные сечения) и составляющие между собой угол Х4, и двумя плоскостями перпендикулярными оси симметрии и отстоящими друг от друга по криволинейной координате на Х5.
Каждый слой разбиваем на подслои, каждый из которых работает при плоском напряженном состоянии. В данной модели гипотезы, в которых предложение о сохранении нормального элемента заменены менее сильным допущением, учитывающим деформацию поперечного сдвига. Т.е. нормальный элемент оболочки после деформирования не перпендикулярен к деформированной срединной поверхности. Учитываются деформации в направлении нормали к срединной поверхности.
Материалы слоев считаем изотропными, упруго-пластическими с упрочнением. Принимаем условие пластичности Губера-Мизеса.
Заданную внешнюю нагрузку прикладываем к первому внутреннему подслою. При импульсном и ударному нагружении необходимо учитывать волновые явления.
Дифференциальные уравнения динамического равновесия элемента i-го слоя можно записать в виде
металл слоистый деформирование пластический
(1)
где mi - масса i-го слоя на единицу ее площади; Х1 - координата вдоль направления нормального к оси симметрии; Х3 - угловая координата элементом и радиальном направлением; Х4 - угловая координата в нормальном к оси симметрии направлении; Х5 - криволинейная координата вдоль элемента; N1i Qi - тангенциальные и сдвигающие усилия, действующие на элемент заготовки, на единицу длины; Мi - момент на единицу длины; Р - внешняя сила на единицу площади.
Систему дифференциальных уравнений заменяем конечно-разностным аналогом. В принятой модели подслои, составляющие каждый слой, разделены друг от друга материалом с модулем сдвига Gi и сопротивлением пластическому сдвигу si. Весь изгиб концентрируется в точках расположения масс.
Расчет производится в следующем порядке. На первом этапе производится разбивка многослойной оболочки на элементы и подслои, определяются начальные и граничные условия. Реологическая модель материала выбирается с учетом его физических свойств. Далее определяются компоненты ускорений и во всех узлах, а затем определяются положения узлов в новый момент времени +1 из выражений определяющих ускорения:
(2)
где t - величина шага интегрирования по времени;
- номер шага по времени.
Зная координаты точек приведения и учитывая условия постоянства объема рассчитываем величины относительных деформаций по подслоям каждого слоя. После этого находим приращения деформаций , и . Предполагая, что изменение напряжений происходит в соответствии с законом Гука определяем величину
(3)
;
где i - коэффициент Пуассона i-го слоя,
Gi - модуль сдвига i-го слоя.
Затем осуществляется проверка, находятся ли результирующие напряжения внутри области, ограниченной кривой текучести, т.е. вычисляем критерий текучести Губера-Мизеса F+1 . При F+10, когда Закон Гука уже не справедлив используем уточненную теорию пластического течения.
На границе слоев выполняются условия неразрывности деформаций и напряжений.
Значения усилий и моментов, действующих на каждый элемент определяются из выражений
(4)
где - толщина n-го подслоя в j-ом узле i-го слоя в момент времени .
В соответствии с математической моделью динамического поведения многослойной оболочки и алгоритмом были составлены программы расчета динамического поведения многослойной оболочки и определены значения критических значений интенсивностей деформаций и напряжений при которых наступает межслойное разрушение.
В перспективе модель можно применять при организации процесса пластического формоизменения, используя неоднородность свойств слоистой заготовки, различие свойств передающей среды, дополнительных присоединённых масс, технологической оснастки, откольных элементов и др. Необходимо стремиться к такому протеканию процесса взрывного формоизменения при котором заготовкой поглощается максимальное количество энергии при сохранении полуфабрикатом качественных показателей. Помимо оптимизации параметров процесса формоизменения, определяемых из решения задачи упруго - пластического деформирования, возникает необходимость выбора оптимального процесса изготовления той или иной детали. Основные этапы решения этой задачи следующие: на множестве техпроцессов производится выбор заданного; выявляются основные параметры детали, влияющие на технологический процесс; выбираются критерии оптимальности тех процесса; устанавливается взаимная связь между критериями оптимальности и основными параметрами детали; производится поиск экстремума по совокупности критериев; выявляется оптимальный технологический процесс для производства конкретной детали. Разработан алгоритм оптимизации технологического процесса, позволяющий найти не только оптимальный технологический процесс изготовления конкретной детали, но и скорректировать её конструкцию. Так, одним из наиболее эффективных методов изготовления крупногабаритных днищ из слоистых металлических композиций является совмещение операций сварки и штамповки взрывом.
Литература
Погодин-Алексеев Г.И. Динамическая прочность и хрупкость металлов. - М.: Машиностроение. 1966 - 244 с., ил.
Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности: Пер. с англ. - М.: 1987. - 542 с., ил.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Импульсные методы обработки металлов давлением. Сведения о взрывчатых веществах: оборудование для штамповки взрывом. Процесс гидровзрывной штамповки. Электрогидравлические установки для штамповки деталей. Сущность магнитно-импульсной обработки металлов.
реферат [811,8 K], добавлен 10.05.2009Основные показатели долговечности. Виды ремонтов, их назначение. Долговечность деталей двигателей внутреннего сгорания и других машин, способы ее повышения. Методы и средства улучшения надежности деталей. Процесс нормализации или термоулучшения.
реферат [72,2 K], добавлен 04.05.2015Тонкостенные оболочки как элементы конструкций. Фактор снижения материалоемкости конструкции. Оболочки как эффективное решение проблемы минимизации массы в строительных сооружениях. Основные геометрические параметры оболочки, относительная толщина.
реферат [92,4 K], добавлен 27.02.2010Классификация и применение процессов объемного деформирования материалов. Металлургические и машиностроительные процессы обработки металлов давлением. Методы нагрева металла при выполнении операций ОМД. Технология холодной штамповки металлов и сплавов.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 20.08.2015Технология изготовления деталей и узлов подсвечника, выбор материалов. Обоснование технологии изготовления деталей, выбор технологических переходов и операций. Последовательность изготовления художественного изделия методом обработки деталей давлением.
курсовая работа [419,5 K], добавлен 04.01.2016Оценка физико-химических условий, необходимых для протекания процесса формоизменения металлов и сплавов. Анализ напряженно-деформированного состояния в процессах обработки давлением. Интерпретация кривой упрочнения металлов с позиций теории дислокаций.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.01.2017Физико-механические основы обработки давлением. Факторы, влияющие на пластичность металла. Влияние обработки давлением на его структуру и свойства. Изготовление машиностроительных профилей: прокатка, волочение, прессование, штамповка, ковка, гибка.
контрольная работа [38,0 K], добавлен 03.07.2015Краткое описание конструкции двигателя. Нормирование уровня надежности лопатки турбины. Определение среднего времени безотказной работы. Расчет надежности турбины при повторно-статических нагружениях и надежности деталей с учетом длительной прочности.
курсовая работа [576,7 K], добавлен 18.03.2012Выбор моделей женского пальто, материалов, режимов обработки и нового оборудования. Расчет экономической эффективности и разработка технологической последовательности обработки швейного изделия. Прогрессивные методы обработки отдельных деталей и узлов.
курсовая работа [752,3 K], добавлен 08.08.2010Основы технологии термической обработки металлов и сплавов. Термическая обработка - этап технологического процесса изготовления деталей. Улучшение обрабатываемости материалов давлением или резанием. Формирования технических и электрических свойств.
реферат [53,8 K], добавлен 20.01.2009Анализ способов получения конический деталей в различных отраслях машиностроения: механической обработки, ротационного выдавливания, штамповки взрывом. Существующие программные комплексы для моделирования процессов магнитно-импульсной обработки металлов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.06.2013Анализ направлений моды. Характеристика швейного оборудования. Анализ конструкции и технологии обработки деталей. Составление технологической последовательности обработки изделий. Построение укрупненной схемы сборки деталей и узлов швейного изделия.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 20.02.2015Предназначение и конструкция турбины двигателя. Расчет надежности лопатки первой ступени турбины с учетом внезапных отказов и длительной прочности, а также при повторно-статических нагружениях и в конце выработки ресурса. Оценка долговечности детали.
курсовая работа [714,7 K], добавлен 18.03.2012Основные понятия литейного производства. Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов. Формовочные материалы, смеси и краски. Технология изготовления отливок. Виды и направления обработки металлов давлением. Механизмы пластической деформации.
презентация [4,7 M], добавлен 25.09.2013Схема механической обработки поверхности заготовки на круглошлифовальных станках. Схема нарезания резьбы резьбовым резцом. Обработка поверхностей заготовок деталей с периодически повторяющимся профилем. Физическая сущность обработки металлов давлением.
курсовая работа [415,9 K], добавлен 05.04.2015Показатели физико-механических и технологических свойств материалов. Обоснование выбора моделей и деталей кроя. Параметры образования клеевых соединений. Характеристика применяемых машинных строчек. Анализ основных методов обработки деталей и узлов.
курсовая работа [880,9 K], добавлен 03.12.2011Основные операции обработки давлением, холодная и горячая, листовая и объемная штамповка, прокатка и волочение. Универсальные и специальные прессы для штамповки. Элементы паяного соединения, флюсы и припои. Инструмент для проведения соединения металлов.
реферат [89,3 K], добавлен 14.12.2010Краткие сведения о конструкции турбин и двигателя. Расчет надежности лопатки турбины с учетом внезапных отказов или длительной прочности, а также при повторно-статических нагружениях. Оценка долговечности с учетом внезапных и постепенных отказов.
курсовая работа [223,5 K], добавлен 18.03.2012Общая характеристика и направления деятельности исследуемого предприятия, этапы реализации литейного и сварочного производства. Особенности и инструментальное обеспечение технологии обработки металлов резанием, принципы автоматизации и роботизации.
контрольная работа [653,7 K], добавлен 22.01.2014Методика выполнения кинематических, силовых и прочностных расчетов узлов и деталей энергетического оборудования. Особенности выбора материалов, вида термической обработки для узлов и деталей оборудования электростанций, а также системы их обеспечения.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 14.12.2010
