Математическое моделирование интенсивного формообразования с использованием конечно-элементного анализа

• Автор: Левщанов, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 147 с. : 32 ил.

Оглавление

Основные обозначения, принятые в работе

Введение

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Методы и способы формообразования профилей

1.1.1. Изготовление профилей в кромкогибочных машинах

1.1.2. Гибка профилей в штампах

1.1.3. Изготовления профилей в инструментальных фильерах

1.1.4. Формообразование гнутых профилей, в роликах

1.1.5. Комбинированный метод

1.2. Дефекты профилей, возникающие в процессе
формообразования
1.2.1. Саблевидность
1.2.2. Продольная, кривизна
1.2.3. Скрутка
1.2.4. Кромковая волнистость
1.3. Методы анализа процессов профилирования,
их возможности и ограничения
1.3.1. Сравнительный анализ математических методов
1.3.2. Формулировка метода конечных элементов
1.4. Сравнительный анализ современных программных пакетов на основе МКЭ применяемых для решения технологических задач
1.4.1. Программный комплекс ANSYS
1.4.2. Программный продукт LS-DYNA
1.4.3. Программный продукт DEFORM
1.4.4. Программный продукт MSC.Nastran
1.4.5. Программный продукт COPRA RollFonn
1.4.6. Программный продукт Eta/DYNAFORM
1.5. Причины возникновения погрешностей
1.6. Проблемы и задачи, подлежащие решению
Выводы
Постановка задач исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
2.1. Модель интенсивного деформирования перфорированных заготовок
2.2. Модель деформационного упрочнения материала при профилировании с высвобождением угловой зоны
2.3. Модель зоны плавного перехода при интенсивном формообразовании профиля из упрочняющегося материала
Выводы
3. ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПРОФИЛИРОВАНИЯ
3.1. Применяемые программные средства и схема проведения исследований
3.2. Выбор типа конечного элемента для решения задач профилирования
3.2.1. Свойства материалов использованные при моделировании
3.2.2. Создание программного модуля на языке АР 1)1. в среде программного комплекса АИБУВ
3.2.3. Опции контактного взаимодействия использованные
при моделировании
3.3. РГсследование предельных возможностей профилирования перфорированной ленты
3.4. Моделирование процесса формирования угловой зоны профиля методом стесненного изгиба
3.4.1. Моделирование высвобождения угловой зоны
3.5. Моделирование осадки заготовки подковообразной формы
3.6. Моделирование подгибки полки в межклетьевом пространстве профилегибочного станка
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИТЕРИЕВ ПРЕДЕЛЬНОЕО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
4.1. Программа экспериментальных исследований
4.1.1. Цель и задачи исследований
4.1.2. Применяемые средства и алгоритм проведения конечно-элементного эксперимента
4.1.3. Выбор схемы формообразования профиля
4.2. Конечно-элементная модель профилегибочного станка
4.2.1. Конечно-элементная модель деформируемой заготовки
4.2.2. Конечно-элементные модели роликовых калибров
4.2.3. Конечно-элементная модель направляющего устройства
4.2.4. Полная конечно-элементная модель профилегибочного станка
4.2.5. Допущения, принятые при моделировании

4.2.6. Опции решателя и контроля конечно-элементной модели
4.3. Постпроцессорная обработка результатов решения
4.3.1. Зоны контроля
4.3.2. Создание программного модуля на языке SCRIPTOреализующего алгоритм автоматизированной выборки данных о характеристиках напряженно-деформированного состояния модели
4.3.3. Исследования протяженности зоны плавного перехода
4.3.4. Измерение величины относительного удлинения кромки полки
4.3.5. Измерение величины отклонения дна профиля в вертикальной плоскости
4.3.6. Исследование зависимости геометрических характеристик угловой зоны от суммарного угла подгибки в условиях интенсивного деформирования
4.4. Экспериментальная гибочная установка
4.4.1. Конструкция установки
4.4.2. Работа с установкой
4.5. Результаты экспериментальных исследований
4.5.1. Исследование потери устойчивости дна профиля в форме депланации поверхности
4.5.2. Исследование геометрических характеристик зоны плавного перехода профиля
4.6. Основные направления дальнейших исследований
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Оценка научно-исследовательской работы и апробация результатов конечно-элементного моделирования
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение 1. Программный модуль на языке параметрического моделирования APDL для создания в среде ANSYS базы данных материала Сталь 08кп
Прилоэюение 2. Программный модуль на языке SCRIPTO, предназначенный для выборки данных о значениях напряжений и деформаций в контрольных точках модели и интерпретации их в графической форме 171 Приложение 3. Технический акт использования результатов
000«НП0«ИДМ»
Прилоэ/сение 4. Акт оценки результатов научно-исследовательской
работы ОАО «Ульяновский НИАТ»
Приложение 5. Патент на полезную модель № 44551

чения перемещений. Описанию и исследованию этого метода посвящено большое количество публикаций, в числе которых работы [102, 103]. Методу перемещений свойственны недостатки, главный из которых — низкая точность определения напряжений и сложность расчета трехмерных тел [84]. В современной интерпретации метода конечных перемещений — суперэлемент-ном методе конечных перемещений, недостатки выражены в меньшей степени [104].
Формулировка метода конечных напряжений использует вариационный функционал Кастильяно [105]. Пример инженерного расчета упругой деформации сортовых валков при многониточной прокатке с применением этого метода имеется в работе [106]. В этом случае, в отличие от существующих, метод конечных напряжений позволяет учитывать влияние на жесткость валков количество одновременно прокатываемых полос.
Смешанный метод конечных элементов базируется на вариационным принципе минимума полной энергии Рейснера [107]. В соответствии с этим принципом варьируются перемещения и напряжения. Современная интерпретация смешанного метода конечных элементов - смешанный суперэле-ментный метод [108].
Гибридный метод конечных элементов, из-за задания внутри элемента равновесного поля напряжений, требует более сложным образом формировать матрицу напряжений. Метод основан на принципе Ху-Вашицы, следуя основной идеи которого, варьированию подвергаются перемещения, напряжения и деформации [107]. Гибридный метод находит практическое применение при анализе собственных мод и дифракционных эффектов в оптических волноводных элементах нового типа, таких как микроструктурные волноводы, фотонные кристаллы и др [109].
Отечественными и зарубежными издательствами выпущено огромное количество литературы, посвященной МКЭ. В их числе переведенные на русский язык монографии таких знаменитых ученых как: О. Зенкевич [97], К.