Проектирование процессов объемной штамповки с применением гранично-элементного моделирования

• Автор: Вовченко, Арменак Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 583 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

ГЛАВА 1 МЕСТО ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ И МЕТОДА ГРАНИЧНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ (МГЭ) В РАСЧЁТАХ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ (ОШ)

1.1 Разновидности численных методов и области их применения

1.2 Отличия МГЭ как метода, снижающего размерность расчётной задачи

1.3 Применение численных методов и МГЭ в расчётах процессов ОШ

1.3.1 Применение решений прямых задач формоизменения в разработке схем

процессов ОШ

1.3.2 Применение решений обратных задач формоизменения в разработке схем
процессов ОШ
1.3.2.1 Способы реализации решений обратных задач формоизменения
1.3.3 Применение оптимизационных решений в разработках схем процессов ОШ
1.4 Постановка проблемы исследований
ГЛАВА 2 СУЩНОСТЬ МГЭ КАК МЕТОДА, ПРИМЕНЯЕМОГО В
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЁТАХ
2.1 Сущность МГЭ: методы получения основных исходных уравнений
2.2 Фундаментальные решения и их место в формировании общей структуры
решений
2.2.1 Формулировка фундаментальных выражений для условий осесимметричной
деформации
2.3 Решение МГЭ нелинейных задач, в том числе пластической деформации
2.4 Численная реализация МГЭ в расчётах процессов ОШ и возникающие при
этом проблемы
Выводы по главе
ГЛАВА 3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МГЭ В
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЁТАХ
3.1 Совершенствование МГЭ в расчётах нестационарных процессов ОШ
3.1.1 Об уровне аппроксимации гранично-элементной задачи
3.1.2 Об учёте влияния особых точек в расчётах ОШ
3.2 Совершенствование методики (алгоритма) решения обратных задач
формоизменения при ОШ посредством применения МГЭ
3.2.1 Об алгоритме решения обратных задач

3.2.2 Способы введения обратных задач в класс корректных
3.2.2.1 Особенности расчётов процессов ОШ, основанных на решении
обратных задач
3.2.2.2 О возможности улучшения решений обратных задач
расчёта формоизменения в процессах ОМД
3.3 Возможные технологические эффекты, достигаемые от применения МГЭ в
прямых расчётах процессов ОШ
3.3.1 Прессование с активным действием сил трения
3.3.2 Электровысадка утолщений
3.3.3 Сокращение относительной протяжённости стадии преимущественного
однонаправленного течения (СПОТ) металла на основе применения прямого моделирования МГЭ
3.4 Возможные технологические эффекты, достигаемые от применения МГЭ в
обратных расчётах процессов ОШ
3.4.1 Сокращение относительной протяжённости стадии преимущественного
однонаправленного течения (СПОТ) металла на основе применения обратного моделирования МГЭ
3.4.2 Применение результатов обратного моделирования МГЭ
в совершенствовании технологии ОШ поковки кольца выпускной трубы
Выводы по главе
ГЛАВА 4 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ГРАНИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (МГЭ) К
ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ (ОШ)
4.1 Целесообразность применения
4.1.1 Используемые критериальные концепции гранично-элементной оптимизации и их адекватность другим численным методам
и физическому эксперименту
4.2 Построение оптимальной схемы штамповки по критерию минимальной
работы деформирования
4.2.1 Разностное представление уравнений, определяющих оптимизационную
постановку задачи ОШ и используемые управления
4.2.2 Расчётная схема решения оптимизационной задачи
4.2.3 Результаты оптимизационного моделирования
4.3 Совершенствование оптимизационных подходов, реализуемых методом
обратной прогонки (ОП) динамического программирования (ДП)

4.4 Построение оптимальной схемы штамповки по критерию формирования
равномерной структуры штампуемых поковок
Выводы по главе
ГЛАВА 5 ИНЖЕНЕРНЫЕ АСПЕКТЫ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МГЭ В РАСЧЁТАХ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ОМД
5.1 Используемая программная реализация гранично-элементного решения
производственных задач
5.1.1 Файл исходных данных
5.1.2 Программа расчёта параметров формоизменения МГЭ для нелинейной
модели процесса
5.1.3 Программа внешнего циклического запуска расчёта для одной стадии
5.1.4 Подготовка данных для расчёта следующей стадии формоизменения
5.2 Перспективы применение МГЭ к процессам свободной ковки
5.2.1 Оценка динамики изменения неравномерности распределения
деформированного состояния при ковке поковок радиально-вырезными бойками и её проектное ограничение
5.3 Приближённая диапазонная оценка поковок по показателю неравномерности распределения деформированного состояния по сечению
в зависимости от их сложности
5.4 Альтернативный способ учёта неравномерности деформированного состояния в расчётном формоизменении и отдельные данные сравнения
результатов применения МГЭ и МКЭ к процессам ОШ
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
А.1 Диплом лауреата конкурса им.акад. И.И. Воровича среди молодых учёных и
специалистов Ростовской области на лучшую работу по фундаментальным и прикладным проблемам современной техники 2006 г (РО РИА и СКНЦ ВШ)
А.2 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
Б.1 Акт промышленной апробации (ООО «Ростовский завод СИиТО»)
Б.2 Акт промышленной апробации (ФГУП «Ростовский-на-Дону з-д «РУБИН»)
Б.З Технический акт внедрения (Ассоциация «СТАНКОИНСТРУМЕНТ»)
Б.4 Акт промышленной апробации (ОАО «Ростовский-на-Дону з-д «РУБИН»)

(ПМГЭ), рекомендуемых для решения линейных задач расчёта параметров формоизменения в работе [14]. В связи с тем, что известно [16, с.15], что в применении к линейным задачам НМГЭ достаточно часто оказывается также эффективен как и ПМГЭ, следует рассмотреть его (НМГЭ) применение к задачам статистической теории усталостного разрушения, которая описывает влияние конструктивных факторов на параметры функции распределения пределов выносливости деталей.
Рассмотрим применение НМГЭ к определению относительных градиентов" напряжения в элементах конструкций [48]. Так, для определения б для свободного отверстия (радиусом г) в пластине приводится формула С=2.33/г, полученная из теории упругости и применимая лишь для отверстия в бесконечной пластине (подобная задача уже рассматривалась в настоящем пп.). Поэтому определить аналогичные данные для проушин фиксированных размеров (рисунок 1.14) с достаточной для инженерных расчётов степенью точности - сложно. Поэтому,
«... представляет интерес использование ... численного метода для определения относительного градиента напряжений в деталях».
Согласно работе [48], «...применение такого Рисунок 1.14-Эксперимен-наиболее мощного универсального метода решения задач тальные величины и геомет-механики, как МКЭ, для решения данной задачи не под- рия проушин с1/В=0,86 ходит, так как фиксированная степень аппроксимации
напряжений в конечных элементах (квадратичная, кубическая и так далее) не позволяет с необходимой точностью вычислить значения производных от напряжений даже при сильном измельчении сетки к границам поверхности.
С этой точки зрения наиболее подходящим численным методом является МГЭ. Суть эффективности МГЭ — в использовании фундаментальных свойств дифференциальных уравнений с частными производными, в переходе дифференциальных уравнений
" С=-1/(иІтіа(Лаі/(1х)) - относительный градиент напряжения - один из основных факторов учитывающих масштабный эффект и влияние на эффективный коэффициент концентрации напряжений Ка=<ттах/а„ом, где сгітіи -главное напряжение в точке концентрации на контуре, х — нормаль к контуру, проходящая через точку концентрации.