Исследование и моделирование процессов деформации листового проката стабильных и метастабильных сталей

• Автор: Инкин, Илья Викторович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

I Литературный обзор

1.1 Структурные процессы в листовом материале при холодной пластической

деформации

1.2 Механика моделирования знакопеременного изгиба с натяжением

1.3 Заключения по разделу: актуальность темы диссертационной работы

П Материалы и методики исследования

П. 1 Исследуемые стали

ГГ.2 Методы испытаний

П.2.1 Растяжение

П.2.2 Знакопеременный изгиб

П.2.3 Знакопеременный изгиб под натяжением

П.2.3.1 Протяжка через захват
П.2.3.2 Формование изделия «Омега»
П.З Методики исследования
П.3.1 Оценка зеренной структуры
П.3.2 Измерение твердости
П. 3.3 Рентгеноструктурный анализ
П.3.4 Дилатометрический анализ
П.4 Разработка аналитической модели и программного обеспечения расчета
процесса деформации изгибом с натяжением
П.4.1 Общие принципы и допущения моделирования
П.4.2 Алгоритм моделирования протяжки через захват
П.4.3 Алгоритм моделирования формования изделия «Омега»
П.4.4 Описание поведения материала
П.4.4.1 Монотонная нагрузка
П.4.4.2 Знакопеременная нагрузка
П. 5 Заключения по разделу: принятие моделью в расчет структурных и фазовых
переходов
Ш Результаты и обсуждение
Ш.1 Экспериментальное исследование структурных процессов деформации в
зависимости от состава, исходной структуры и условий деформации
Ш. 1.1 Общие для всех материалов тенденции
Ш. 1.2 Ферритная сталь

Ш. 1.3 Ферритная микролегированная сталь
Ш.1.4 Сталь с ферритно-бейшітной структурой
Ш. 1.5 Аустенитная сталь
ГП.2 Термическая стабильность размера и формы образцов
Ш.З Протяжка через захват стали с интенсивным мартенситным превращением
под нагрузкой
ІІІ.4 Моделирование эталонных испытаний
Ш.4.1 Знакопеременный изгиб
Ш.4.2 Протяжка через захват
Ш.4.3 Формование изделия «Омега»
Ш.5 Заключения по разделу: оценка границ применимости моделей и
рекомендации по выбору условий деформации, методов испытаний и расчетов для
различных сталей
Выводы
Список использованной литературы
Приложения
Приложение 1. Дифрактограммы исследованных образцов
Приложение 2. Дилатограммы исследованных образцов

Впадение
Моделирование процессов формообразования листового материала в настоящее время применяется всё чаще. Моделирование позволяет избежать метода «проб и ошибок» при подборе условий и технологических режимов на промышленных установках. Однако любым расчетным моделям необходимы надежные входные данные, и если такие данные, как размеры инструмента, силы пресса и другие технологические параметры, поддаются непосредственному измерению, то параметры материала гораздо сложнее привести к виду, пригодному для использования математической моделью. Описание поведения материала, особенно при сложных нагрузках, представляет собой наибольшую трудность при моделировании. Так, например, при глубокой вытяжке часто имеет место знакопеременное воздействие на материал - он изгибается, затем перегибается в противоположную сторону, и в то же время претерпевает растяжение. Такой цикл может повторяться несколько раз, причем с изменением амплитуды нагружения.
В этой связи исследование структуры и свойств материала и моделирование его поведения при сложных знакопеременных нагрузках представляет собой весьма актуальную задачу, решение которой направлено на оптимизацию технологических режимов получения металлопродукции с заданными свойствами.
Цель диссертационной работы - изучение изменения структуры и свойств листового проката сталей различных классов при эталонных испытаниях штамповки (протяжка через захват, формование «Омега»), и разработка математических моделей, описывающих эти опыты с учетом экспериментально обнаруженных закономерностей. Модели должны предсказывать силы пресса и поля напряжений и деформаций, как функцию свойств материала, технологических параметров и геометрии инструмента.
Основные задачи, которые решались для поставленной цели, можно сформулировать следующим образом:
1. Критический анализ существующих моделей и методов расчета деформации знакопеременным изгибом с натяжением.
2. Исследование структурных процессов, изменения фазового состава, текстуры, механических свойств сталей при холодной знакопеременной деформации.
3. Сравнение структуры, текстуры и свойств материала в различных зонах листовой заготовки и анализ взаимного влияния механики процесса и материаловедческих факторов: состава и структурного состояния стали.
4. Алгоритмическая и программная реализация метода расчета полей напряжений и деформаций в стационарном (протяжка через захват) и нестационарном (штамповка изделия «Омега») режимах.

Материалы и
ледовапия
Р^ = Р^)Мв)-РГ)Мв) (50)
где 9, - угол поворота сечения г:
в,=е1А+к1*1 (51)
и Р(ХХ,Г) и РуХ’Г) - проекции силы Р на оси X и У, соответственно. Если к/, не равно
• в таком случае необходимо откорректировать значение кривизны к,, и повторить
этапы 2-9.
10. Если условие пункта 9 выполняется, производится сохранение значений А/, и М,, и определяется положение сечения / в декартовой системе отсчёта:
V V , К1П((9, ) - 81П(6>г_,)
л!~ Л м + ,
(52)
со5(9,)~со5(в!1) м
Далее аналогичная процедура проводится для элемента 1+1.
Таким образом, для заданного значения равнодействующей силы Р можно получить кривую (X - У), описывающую деформацию листа, профили нормального и срезывающего усилия и изгибающего момента, а также поля напряжений и деформаций для каждого волокна листа. Очевидно, что бесконечному множеству векторов Р соответствует бесконечное количество кривых (X - У). Таким образом, цель итеративного расчёта - найти такую силу Р, для которой продеформированная форма листа удовлетворяет граничным условиям модели, то есть условиям касания листом инструмента.
Зоны контакта. Цель изучения зоны контакта - определение результирующей силы Рс, действующей на свободную зону листа "после" контакта, зная РА, равнодействующую всех сил, приложенных к листу "перед" контактом, и контактное давление (рис. 23).
Рис. 23. Определение зоны контакта.