Сверхпластическая формовка пространственных оболочек

• Автор: Алексеев, Павел Алексеевич
• Шифр специальности: 05.02.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. История развития и современное состояние исследований эффекта сверхпластичности и сверхпластической формовки
1.1. Первые сообщения об эффекте сверхпластичности
1.2. Современное состояние исследований эффекта сверхпластичности
1.3. Характерные особенности сверхпластического состояния металлов
1.4. Основные технологические схемы процессов сверхпластической формовки
1.5. Теоретические исследования процессов сверхпластической формовки..
1.5.1. Основные реологические модели сверхпластичных материалов
1.5.2. Обзор теоретических исследований процессов сверхпластической формовки
1.6. Цель и задачи диссертационной работы
2. Разработка математической модели и метода решения задач сверхпластической формовки
2.1. Постановка задачи о течении нелинейно-вязкого материала
2.2. Разработка конечно-элементной модели течения нелинейно-вязкого материала
2.3. Моделирование контактного взаимодействия заготовки с формообразующим инструментом
2.4. Определение напряженно-деформированного состояния заготовки
2.5. Расчет давления газовой среды
2.6. Алгоритм и программный комплекс моделирования процессов сверхпластической формовки
2.7. Решение тестовых задач
2.8. Основные результаты и выводы
3. Теоретический анализ трехмерных процессов сверхпластической формовки с учетом влияния действия сил трения
3.1. Формообразование детали типа «поддон» из листовой заготовки
3.1.1. Формообразование детали при Н/С = 0,

3.1.2. Формообразование детали при Н/С = 0,
3.1.3. Формообразование детали при Н/С = 0,
3.1.4. Анализ результатов математического моделирования
3.2. Формообразование трубы с продольными рифтами
3.3. Формообразование однослойной оболочки типа стенки с квадратными ячейками
3.4. Основные результаты и выводы
4. Математическое моделирование процессов сверхпластической формовки правильных полусферических оболочек
4.1. Оценка разностенности при типовой схеме получения сверхпластической формовокй правильной полусферы
4.2. Уменьшение разнотостенности полусфер
4.3. Основные результаты и выводы
5. Разработка рекомендаций по проектированию технологических процессов сверхпластической формовки
5.1. Проектирование технологических процессов
5.2. Пневматическая система подачи газовой среды
5.3. Методы герметизации заготовок
5.4. Схемы устройств для сверхпластической формовки
5.5. Технологические рекомендации
5.6. Изделия, полученные сверхпластическим деформированием листовых заготовок в матрицу
5.7. Основные результаты и выводы
Заключение
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время в машиностроении и авиастроении существует необходимость разработки новых технологий, обеспечивающих повышение производительности труда, снижение энерго- и материалоемкости, при этом необходимо, чтобы изготовленная продукция соответствовала всем техническим требованиям, соответствующих машиностроительных и авиакосмических производств.
В ряде отраслей машиностроения и авиастроения находят широкое применение оболочки различной геометрической формы (обтекатели, корпуса отсеков, емкости, патрубки и др.), несущие в процессе эксплуатации высокие нагрузки. Как правило, эти изделия изготавливают из труднодеформируемых сплавов (ВТбс, ВТЗ-1, ВТ14, АМгЗ, АМгб и др.), что создает определенные технологические трудности.
Одним из эффективных методов получения сложнопрофильных оболочек из листовых и трубных заготовок является сверхпластическая формовка. Достоинством этого метода является возможность получения за одну технологическую операцию значительных степеней деформации и обеспечение высокой точности изделий сложных геометрических форм. Преимущества процесса особенно проявляются в условиях мелкосерийного и серийного производства крупногабаритных изделий, т.к. сверхпластическая формовка исключает использование дорогостоящего и громоздкого кузнечно-штамповочного оборудования.
Актуальной задачей является создание научно-обоснованного подхода к определению технологических режимов сверхпластической формовки деталей пространственных форм из труднодеформируемых сплавов, учитывающего трехмерный характер течения нелинейно-вязкого материала, действие сил контактного трения и позволяющего прогнозировать геометрические параметры формуемых деталей. Решение этой задачи возможно на основе применения современных методов математического моделирования, которые позволяют по-

J = - \i-H2dW + ^- J #dW- JPi ■ UjdS, (2.8)
2W 2 w sa
где H - интенсивность скоростей деформации сдвига; Kv - коэффициент, необходимый для поиска решения среди класса функций, которые приближенно удовлетворяют условию несжимаемости; W - объем расчетной области.
Для учета сил трения к функционалу (2.8) необходимо добавить следующий интеграл
Jx =- JTß -updS, (2.9)

где Mß - относительные скорости скольжения металла по формообразующему инструменту.
Для учета условия непроницаемости воспользуемся методом штрафных функций, в соответствии с которым к функционалу (2.8) необходимо добавить интеграл вида
J„=K„ {щ -щ -Un)2dS, (2.10)

где Кп - штрафной множитель для обеспечения условия непроницаемости.
С учетом соотношений (2.9), (2.10), функционал полной мощности представим в виде
J = Jj)+Jp+Jx+Jn> (2-11)

JD=UvH2dW + ^-£dW- Jp=- j Pi ■ UjdS. zw 1 w sa
Для разработки математической модели будем использовать восьмиузловой изопараметрический конечный элемент (рис. 2.2).