Расчётное определение технологических остаточных напряжений на основе конечно-элементной модели процесса резания

• Автор: Болотеин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.08, 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Анализ проблемы, постановка цели и задач исследования

1.1 Анализ актуальности проблемы и необходимости её решения

1.2 Анализ причин, влияющих на эксплуатационные характеристики высокоточных изделий
1.3 Анализ существующих разработок в области расчёта остаточных напряжений и прогнозирования остаточных деформаций
1.4 Формирование напряжённого состояния деталей в процессе механической обработки и управление им на основе режимов резания.
1.5 Общие сведения о методе конечных элементов, его достоинства, недостатки, особенности выполнения
1.6 Исторические этапы развития существующих методик конечноэлементного анализа процесса механической обработки

1.7 Современные программные пакеты конечноэлементного анализа

1.8 Выводы по первой главе
1.9 Постановка цели и задач исследования
Глава 2 Теоретические основы и анализ возможности применения метода конечных элементов для исследования процесса механической обработки резанием
2.1 Математические зависимости метода конечных элементов
2.2 Соотношения «напряжения-деформации», используемые в конечноэлементном анализе
2.3 Выбор типа элементов для конечного анализа
в АШУЭ и ЬБ-ПУКА
2.4 Разработка алгоритма конечноэлементного анализа
2.5 Выводы по второй главе

Глава 3 Разработка математических и конечноэлементных моделей процесса механической обработки и формирования остаточных напряжений в поверхностном слое деталей
3.1 Основные положения и исходные данные
3.2 Модели пластического поведения материала заготовки
3.2.1 Выбор марки материалов для исследования
3.2.2 Учёт зависимости свойств материала от температуры
3.2.3 Разработка моделей пластического течения материала
3.3 Метод решения нелинейных задач
3.4 Расчёт сил и температур при токарной обработке
3.5 Построение конечноэлементных моделей обрабатываемой заготовки и режущего инструмента
3.6 Тепловая расчётная схема моделирования процесса резания
3.7 Силовая расчётная схема моделирования процесса резания
3.8 Методика моделирования процесса резания
3.9 Выводы по третьей главе
Глава 4 Экспериментальная оценка пригодности и адекватности разработанной методики для оценки напряжённого состояния деталей после механической обработки
4.1 Общие положения, исходные данные и план эксперимента
4.2 Традиционная методика проведения эксперимента
4.2.1 Исследуемые образцы, их конструкция, размеры и подготовка
4.2.2 Механическая обработка образцов
4.2.3 Исследование остаточных напряжений в образцах после механической обработки
4.3 Методика проведения виртуального численного эксперимента
в среде А№У8 на основе метода конечных элементов
4.3.1 Моделирование геометрии и физико-механических свойств исследуемого материала

4.3.2 Моделирование процесса резания для заданных технологических условий обработки
4.4 Сопоставление результатов, полученных в ходе реального эксперимента, с результатами, полученными методом численного моделирования
4.5 Проведение численных экспериментов для проверки адекватности откликов разработанных моделей резания
4.6 Выводы по четвёртой главе
Глава 5 Методика компьютерного анализа напряжённого состояния и деформаций деталей при проектировании технологического процесса их изготовления
5.1 Постановка задачи и методика решения
5.2 Вариант практической реализация расчётной методики на этапе технологической подготовки производства с применением систем автоматизированного проектирования
5.3 Экономическая эффективность внедрения предложенной расчётной методики в производство
5.4 Выводы по пятой главе
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А Фрагмент программы конечноэлементного анализа процесса резания для ANSYS/LS-DYNA

задач определённого класса. Например, с помощью программы для осесимметрической задачи о распространении тепла можно решать любую частную задачу этого типа. Факторами, препятствующими расширению круга задач, решаемых методом конечных элементов, являются ограниченность машинной памяти, и высокая стоимость вычислительных работ.
Главный недостаток метода конечных элементов заключается в необходимости составления вычислительных программ и применения вычислительной техники. Вычисления, которые требуется проводить при использовании метода конечных элементов, слишком громоздки для ручного счета даже в случае решения очень простых задач. Для решения сложных задач необходимо использовать быстродействующую ЭВМ, обладающую большой памятью.
В настоящее время имеются технологические возможности для создания достаточно мощных ЭВМ. Некоторые коммерческие и управляющие организации располагают обширными комплектами вычислительных программ. Смягчить основной недостаток метода конечных элементов могут совершенствование вычислительных программ и создание мощных ЭВМ.
1.6 Исторические этапы развития существующих методик конечноэлементного анализа процесса механической обработки
Попытки применения метода конечных элементов для решения задач механической обработки резанием предпринимались давно. Одной из первых методик построения конечноэлементной модели формирования стружки была модель Зенкевича О. С. (1971 год). В основу его модели была заложена схема нагружения металлической заготовки инструментом, который воздействовал на предварительно сформированную в модели стружку (рисунок 1.8) [74]. Эта схема была сильно идеализирована, т. к. реальный процесс стружкообразования связан с большими перемещениями, а решалась упрощённая упругопластическая задача о поведении тела определённой формы при заданных постоянных перемещениях одной из его поверхностей.