Численные модели процессов теплопереноса в элементах технологических систем обработки резанием

• Автор: Смирнов, Виталий Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 144 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 РАСПРОСТРАНЕНИЕ ТЕПЛА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

1.1 Математическая формулировка задач

1.2 Обзор работ по исследуемой проблематике

1.3 Выводы .

2 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ОБЛАСТЯХ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ .

2.1 Особенности построения расчетных алгоритмов

2.2 Сравнительный анализ численных методов

2.3 Выводы

3 ОСОБЕННОСТИ ФУНЮ ЦГОНИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

3.1 Общая структура вычислительных средств.
3.2 Повышение эффективности расчетов для неодпомерных задач
3.3 Сравнение результатов расчета с известными решениями
3.4 Выводы
4 МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМИ РЕЖИМАМИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ .
4.1 К выбору расчетной тепловой схемы .
4.2 Расчет напряженнодеформированного состояния режущего инструмента с учетом тепловых воздействий.
4.3 Исследование температурного состояния режущего инструмента с внутренними каналами охлаждения .
4.4 Оптимизация режимов теплового нагружения.
4.5 Численный анализ процессов теплопереноеа в материалах с неупорядоченной структурой
4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
ЛИТЕРАТУРА


Основные направления развития аналитической теплофизики резания рассматриваются в работах Н. Н.Зорсва, А. Н.Резникова, Г. И.Грановского, В. B.П. Подураева, А. Д.Макарова, В. А.Сипайлова, В. К.Старкова и др. ГУ и линейной постановкой задачи. Поэтому построить аналитическое решение для реальных теплофизических задач без различного рода упрощений фактически не удается. Численные методы по сравнению с аналитическими имеют ряд преимуществ. Разработке приложений численных методов к расчету процессов теплообмена посвящены работы А. П.Тихонова, А. А.Самарского, С. К.Годунова, Л. А.Коздобы, Д. Андерсона. С.Патанкара, Д. Ши и др. В отличие от аналитических решений, в большинстве методов численного решения ДУ типа (ВГ),(В2) в качестве первичных неизвестных используются значения зависимой переменной в некотором конечном числе точек расчетной области. Наглядность решения задач легко обеспечить, пользуясь современными средствами визуализации различных зависимостей, имеющихся в прикладных математических пакетах, и графическими возможностями современных языков программирования. Кроме того, в дальнейшем, с их помощью возможна обработка результатов численных экспериментов для выявления основополагающих зависимостей. Примеры численного исследования проблем теплофизики резания представлены в работах А. Н.Резникова, В. А.Остафьева, П. И.Ящерицына, А. О.Тау, M. G.Stevenson, Ю. Г.Кабалдина и ряде других. Однако многие вопросы создания адекватного инструментария решения прикладных задач, касающиеся управления современными физически сложными процессами обработки в механосборочных производствах, все еще остаются нерассмотренными. Поэтому в настоящее время представляется полезным как создание комплексов алгоритмов и программ для решения многих реальных задач теплообмена со сложными условиями, гак и их совершенствование на основе современных способов оптимизации вычислительных затрат и применения экономичных математических моделей. Вторая глава посвящена особенностям расчетных алгоритмов численного моделирования процесса теилопереиоса в областях сложной формы. В ней же дан сравнительный анализ используемых в работе численных методов. Пространственная дискретизация уравнений типа (В. В.2) наиболее часто производится с использованием метода конечных разностей (МКР), метода конечных элементов (МКЭ), либо методами граничных интегральных уравнений (ГНУ). При рассмотрении параметров сравнения алгоритмов вышеперечисленных методов проведен анализ тестовых задач и показано, что относительная эффективность того или иного численного метода обычно не поддается простой оценке, исходя из фундаментальных соображений. Согласно проведенной серии расчетов, если в качестве критерия первенства принимать экономичность в расчете на одну степень свободы, то три класса вычислительных методов могут быть расставлены в следующем порядке: МКР, МКЭ, ГНУ. Точность, достигаемая при применении различных методов с одним и тем же числом степеней свободы, исходя из принятых теоретических оценок погрешностей, соответствует следующей расстановке: ГИУ, МКЭ, МКР. Однако программы, разработанные на основе МКЭ, являются наиболее универсальными. Вследствие учета преимуществ и недостатков рассматриваемых численных методов следует вывод, что наиболее рациональным направлением в развитии приложений МКР, МКЭ и ГИУ к реальным задачам было бы не их противопоставление, а использование достоинств каждого из них. Это можно осуществить, производя выбор из арсенала имеющихся алгоритмов МКР, МКЭ и ГИУ тех инструментов, которые лучше соответствуют особенностям конкретной проблемы. Причем является целесообразным применять их в комбинациях и в разных масштабах при рассмотрении разных аспектов задачи, а также создавать специальные гибридные алгоритмы, совмещающие их идеи. В третьей главе рассмотрены особенности функционирования спроектированного вычислительного комплекса. Описана общая структура вычислительных средств. Предложены мероприятия, направленные на повышение эффективности расчетов для неодномерных задач (уменьшение вычислительных затрат).