Математическое моделирование процессов горячего деформирования при штамповке башенных поковок

• Автор: Печенкин, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с.

Введение
1. Вычислительные системы, моделирующие процессы обработки металлов давлением, и перспективы их дальнейшего развития
2. Моделирование температурных полей в сложнопрофильных локальнооднородных конструкциях
2.1. Конечноэлементная аппроксимация температурной задачи
2.1.1. Моделирование плоских температурных полей
2.1.2. Моделирование осесимметричных температурных полей
2.1.3. Реализуемые типы граничных условий
2.2. Тестовые задачи и примеры расчета температурных полей
2.2.1. Расчет плоского температурного поля пластины МКЭ и
его сравнение с аналитическим решением Исаченко В.П
2.2.2. Расчет осесимметричного температурного поля цилиндра МКЭ и его сравнение с аналитическим решением
Исаченко В.П
2.2.3. Расчет температурных полей промышленных изделий
3. Математическое моделирование термо-упруго-пластического формоизменения изделий при термо-механическом воздействии
3.1. Постановка краевой задачи
3.2. Конечноэлементная аппроксимация задачи термоупругости
3.2.1. Соотношения МКЭ для ддрокодеформированного и плосконапряженного состояний’
3.2.2. Соотношения МКЭ для осесимметричного состояния
3.2.3. Автоматизация расчетов. Пакет БРЕЕИ-КТ
3.3. Проверка точности и сходимости, получаемых в системе 8РЬЕМ-КТ, результатов расчетов. Приложение к лазеру типаЗЛК
3.3.1. Аналитическое решение задачи о толстостенной трубе под давлением и с неоднородным распределением температуры
3.3.2. Численный эксперимент. Основные результаты
3.3.3. Анализ результатов моделирования ТНДС в окрестности электрического ввода в конструкции кольцевого лазера
типа ЗЛК-16 при его изготовлении и эксплуатации
4. Моделирование процессов горячего деформирования при штамповке башенных поковок на КГШП
4.1. Математическая модель процесса горячей штамповки осесимметричных изделий. Последовательность действий
при построении решения
4.2. Получение конечноэлементных соотношений для математической модели горячего пластического течения
4.3. Моделирование получения башенных поковок 7510А1 и 7207А
на линии Л-309 в условиях Волжского подшипникового завода
4.3.1. Расчет течения металла при многопереходной штамповке серийных колец 7510А1. Сравнение с экспериментальными данными, полученными в промышленных условиях

4.3.2. Расчет течения металла и термонапряженного состояния штамповой оснастки при получении башенной поковки 7207А
4.3.3. Предложение по усовершенствованию технологического процесса получения башенной поковки 7207А на линии Л
Заключение и выводы Список литературы Приложения
ВВЕДЕНИЕ
В условиях рыночной экономики для выживания предприятий большое значение имеет снижение себестоимости продукции и уменьшение сроков разработки новых изделий, что достигается, прежде всего, автоматизацией деятельности предприятия на основе современных компьютерных технологий. И хотя наибольший эффект может быть получен лишь внедрением комплексной автоматизации, локальная автоматизация отдельных участков технологического процесса также может принести существенную экономию материальных и временных затрат. Одним из таких участков является проектирование элементов технологии кузнечного производства.
Компьютерное моделирование позволяет отработать технологию кузнечных процессов на стадии проектирования без дорогостоящих натурных экспериментов, а также оптимизировать уже имеющуюся - конфигурацию штамповой оснастки, размер и температуру заготовки и т.д. Оптимизация технологии подразумевает как получение качественной поковки, так и вопросы связанные с износом оборудования, уменьшением энергоемкости производства.
Часто бывает трудно или невозможно получить экспериментальные данные об интересующих параметрах процесса. Это связано с экстремальными рабочими условиями кузнечных машин горячей штамповки: большая скорость, высокое давление и температура.
Поэтому, с развитием персональной вычислительной техники появилось множество математических моделей и реализующих их программных комплексов, призванных помочь проектировщикам-технологам.
Наибольшее распространение среди таких программных комплексов получили системы, основанные на методе конечных элементов (МКЭ). Поскольку он является наиболее универсальным методом, практически не накладывает ограничений на геометрию детали, свойства материала и граничные условия.
В данной работе на основе МКЭ построена модель неизотермического течения металла при многопереходной штамповке, а также термо-упруго-пластическая модель для расчета штамповой оснастки. Последняя применима также к элементам конструкций и деталям машин. Модели реализованы в рамках вычислительной системы БРЬЕИ, предъявляющей умеренные требования к мощности вычислительной системы и компьютерным навыкам пользователя.
В первой главе приведен обзор существующих МКЭ-систем, моделирующих обработку металлов давлением. Определена цель работы. Это дальнейшее развитие актуального и перспективного направления в создании проблемно-ориентированных пакетов состоящих из универсальных блоков и модулей. А именно разработка новых математических моделей процессов, поддерживаемых программным комплексом 8РЬЕП, а также

, , т а(е)е)
| а(е)МТ[К]гс1Ь
т(е)

I <х(е)[1Ч]ТрЧ]гс1Ь

(е)ь<е)

(з+яр (Я;+Яр О (Я1+яр ОЕЧ+зяр о

(ЗКх + кт) 0 (Я;+Ят) ООО (Я} + Ят) О (К{ + ЗЯт)
(2.72)
(2.73)
Поверхностные интегралы в (2.64) имеют вид { а(%[П]Тгс!8 = а(е)Тср
Ь(.е)а(е)Тсв У р
" 2 1 0 "
1 2 0 <
_ 0 0 0

(2.74)
Аналогичные формулы для двух других сторон легко получаются изменением положения ненулевых коэффициентов матрицы в формуле (2.74). Двойки при этом всегда остаются на диагонали.
Матрица демпфирования с учетом (2.65) запишется в виде:
[С(е)]
Де) 1е)
8(е)

6 Я } + 2Я j + 2Я у 2Я | + 2Я 2Я + К j + 2Я ]-
2Я + 2Rj + 2Я| + 6Rj + 2Я. Я] + 2Rj + 2Я]
2Я + Rj + 2К.Rj + 2Rj + 2Я 2Я] -l-2Rj + 6Я
(2.75)
Дальнейшее решение задачи, после вычисления матриц системы, ничем не отличается от плоского случая, рассмотренного в разделе 2.2.
2.1.3. Реализуемые типы граничных условий
Граничные условия для температурной задачи моделируются как частные случаи трех классических типов граничных условий для уравнения теплопроводности. Моделирование процесса теплообмена в каждом конкретном случае заключается в определении формул для расчета классических параметров теплообмена.