Применение математического моделирования при исследовании технологических возможностей поперечного выдавливания для изготовления элементов судовых систем и вооружения

• Автор: Матвеев, Станислав Алексеевич
• Шифр специальности: 05.08.04, 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ И ГИЛЬЗ. ОБЗОР СПОСОБОВ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
1.1. Перспективы применения операций холодной штамповки для изготовления деталей трубопроводов. Возможности изготовления толстостенных труб с буртиком
1.2. Состояние и перспективы применения прутковой заготовки для изготовления гильз к патронам

1.3. Анализ технологических возможностей операции поперечного выдавливания

1.4. Состояние научной базы моделирования процессов поперечного выдавливания

Выводы и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ПОПЕРЕЧНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ

2.1. Общие положения математического моделирования процессов выдавливания

2.1.1. Структура математической модели процессов поперечного выдавливания

2.1.2. Требования, предъявляемые к математическим моделям, и их оценка
2.2. Определение параметров напряженнодеформированного состояния методом конечных элементов
2.2.1. Основные уравнения. Методика расчета НДС. Конечноэлементная дискретизация расчетной области
2.2.2. Особенности реализации алгоритма
2.2.3. Оценка точности расчета параметров НДС
2.3. Модели состояния материала заготовки и усилия
деформирования
2.3.1. Модели состояния материала
2.3.2. Модель усилия деформирования
Выводы
3. РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ПОПЕРЕЧНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ НА ЭВМ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
СРАВНЕНИЕ С РЕЗУЛЬТАТАМИ НАТУРНОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Особенности реализации конечноэлементной модели
поперечного выдавливания
3.1.1. Создание конечноэлементной сетки
3.1.2. Учет граничных условий перемещения
3.1.3. Учет граничных условий поверхностные нагрузки
3.2. Численное моделирование разрешающей системы
уравнений
3.2.1. Прямые методы решения линейных уравнений
3.2.2. Итерационные методы решения линейных уравнений
3.3. Результаты численных исследований, сравнение с
результатами натурных экспериментов
Выводы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ЗАГОТОВКИ НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ФЛАНЦА ПРИ КАЛИБРОВКЕ ПО
СХЕМЕ ПОПЕРЕЧНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
4.1. Общие положения
4.2. Анализ дефектов исходного материала и видов разрушения
на боковой поверхности фланца при поперечном выдавливании
4.3. Особенности НДС на боковой поверхности фланца
заготовки
4.4. Моделирование раскрытия продольных трещин на боковой поверхности фланца при поперечном выдавливании
Выводы
5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ С ФЛАНЦЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПОПЕРЕЧНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
5.1. Общая структура автоматизированного проектирования
5.2. Система имитационного моделирования процесса
поперечного выдавливания
5.3. Пример расчета процесса изготовления детали бугельного
соединения поперечным выдавливанием.
5.4. Пример применения системы имитационного
моделирования в патронногильзовом производстве
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Разработана методика выбора оптимальных технологических параметров поперечного выдавливания в производстве деталей с фланцем, толстостенных труб с буртиком и патронов. Разработаны математические модели процесса поперечного выдавливания, позволяющие оценивать предельные возможности технологических процессов. Разработана методика расчета параметров напряженнодеформированного состояния заготовки в процессах поперечного выдавливания методом конечных элементов с учетом точности, надежности и устойчивости проведенных расчетов. Исследовано влияние геометрических параметров заготовки и механических свойств на предельные технологические возможности поперечного выдавливания. Методика выбора оптимальных технологических параметров поперечного выдавливания применительно к производству деталей с фланцем, толстостенных труб с буртиком и патронов. Математические модели влияния геометрических параметров и механических свойств на предельные технологические возможности поперечного выдавливания. Методика расчета параметров напряженнодеформированного состояния заготовки в процессах поперечного выдавливания методом конечных элементов. Методика оценки точности, надежности и устойчивости численных моделей поперечного выдавливания. Разработана методика оптимального проектирования технологической операции поперечного выдавливания. Исследованы технологические возможности поперечного выдавливания, разработаны рекомендации по применению поперечного выдавливания. Разработаны технологический процесс изготовления деталей трубопроводов и патрубков парогенераторов и реакторов технологический процесс изготовления гильзы с использованием схемы поперечного выдавливания. Материал диссертации использован в учебном процессе в БГТУ и СанктПетербургском институте машиностроения. Методы исследования. В диссертации использованы общие методы механики сплошных сред, методы оптимального проектирования, математический аппарат оценки точности и устойчивости численных моделей. Алгоритмы численного решения краевой задачи разработаны на базе метода конечных элементов. Полученные данные и опыт исследования позволили использовать существующие общеинженерные конечноэлементные пакеты для решения отдельных технологических задач. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ И ГИЛЬЗ. Перспективы применения операций холодной штамповки для изготовления деталей трубопроводных соединений. Возможности изготовления толстостенных труб с буртиком
ш
В трубопроводных соединениях нашли широкое применение осесимметричные детали со сплошным стержнем и различной формой головки, сплошным ступенчатым стержнем, полые детали с различной формой обработки дна и т. Широко используются детали соединения с буртиком или фланцем. Эта технология с успехом используется на многих судостроительных предприятиях страны. Но при большом диаметре трубы свыше 0 мм и большой толщине стенки свыше мм применение данной операции невозможно. Соединения с такими размерами возможны для патрубков реакторов, гидрокамер и парогенераторов. То есть это соединения с большими размерами и повышенными требовашлрж ниями к эксплуатационным и прочностным характеристикам. Здесь наиболее перспективным считается использование бугельного соединения рис. Рис. Рис. Данный вид соединения обеспечивает необходимую герметичность при высоких давлениях и температурах, позволяет быстро производить монтаж и демонтаж соединения. Но при этом, кроме прочностных требований, требуется как высокая точность изготовления деталей, так и точность сборки соединения. Если последнее для столь ответственных деталей всегда соблюдается при монтаже конструкции, то характеристики детали во многом определяются технологией ее изготовления. Отличительными особенностями их конструкции являются большой диаметр рабочего отверстия соединения, небольшое соотношение высоты и наибольшего диаметра изделия большое значение высоты выступающего буртика рис. Кроме того, такие соединения работают, как правило, в условиях высокой температуры, большого рабочего давления, цикличности прикладываемых нагрузок, высоких требований к надежности работы и прочности изделий и соединения в целом.