2 - 2003

Моделирование технологических процессов в САЕ-пакете ANSYS 7

Сергей Паршин, Ольга Огородникова

Обзор новых возможностей версии ANSYS 7

Компьютерная система инженерного анализа ANSYS позволяет проводить сложные междисциплинарные расчеты с учетом нелинейных и высокоскоростных процессов. Полный набор функций и алгоритмов системы позволяет пользователю преодолеть пределы оценочных конструкторских расчетов, предоставляя возможность, в частности, моделировать многие технологические процессы в машиностроении. В качестве примера можно привести моделирование процессов упругопластической деформации цилиндрических оболочек обкаткой.

В современной технике существует значительное количество технологических процессов, связанных с профилированием оболочек накаткой, например получение резьб на полых деталях, профилирование червяков червячных передач, получение сильфонов и профильно-витых труб теплотехнического назначения. Подобные технологии имеют как плюсы, обусловленные возможностью быстрой перенастройки с одного профилеразмера на другой, так и минусы, связанные с недостаточной предсказуемостью процесса (например, с потерей профилем устойчивости) и малой стойкостью профилирующего инструмента, что особенно важно в случае толстостенных трубчатых деталей.

Большинство современных теорий пластической деформации основано на анализе упрощенных двумерных моделей процесса пластического деформирования металла. Существующие аналитические методы решения плоских задач позволяют определять локальные характеристики напряженно-деформированного состояния в любой точке очага деформации. Однако практические возможности этих методов лимитированы ограничениями принятых гипотез и допущений. Так, при попытке решения объемной задачи деформирования, как правило, удается вычислить только интегральные параметры напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации (силы, моменты профилирования, вытяжки, уширения), при этом невозможно точно определить геометрию готовой поверхности, распределение напряжений внутри заготовки и на ее поверхности, фактические размеры очага деформации. Решение ряда практических вопросов по технологии профилирования требует более полной и достоверной информации о неоднородности напряженно-деформированного состояния металла по сравнению с той, которую дает аналитический расчет двумерных моделей. picture

Система ANSYS позволяет решать нелинейную задачу профилирования оболочек дискретно, методом конечных элементов на основе трехмерной, объемной модели, адекватно отражающей нагрузки, действующие на трубную заготовку, а также взаимодействие инструмента и заготовки в процессе деформации.

Интерес представляет задача о профилировании трубных заготовок из различных материалов (сталь 20, сталь 12Х18Н10Т, латунь Л68 и титановый сплав ВТ 1-0) тремя планетарно движущимися роликами, имеющими регулируемое угловое положение для получения требуемого угла подъема винтовой линии. Решение задачи было разбито на три этапа, два из которых отражают ход процесса деформации, а именно: начальное вдавливание ролика в заготовку и собственно профилирование на участке трубной заготовки. На третьем этапе была создана контактная модель для получения картины распределения контактных давлений по поверхности контакта ролика и трубы. Для деформируемых материалов выбрано упруго-пластическое поведение, учитывающее упругую отдачу трубы при профилировании, и заданы мультилинейные изотропные кривые упрочнения в виде табличных функций. Предполагалось, что ролик не деформируется, что близко к действительности, поскольку обычно ролики изготавливаются из закаленной стали ШХ15 или иного твердого сплава и действительно при технологических нагрузках не деформируются.

Результатами решения задачи на первом и втором этапах являются величины гидростатического давления, интенсивности напряжений (см. рисунок) и пластических деформаций, а также трех главных напряжений в наиболее опасной точке возможного разрушения, находящейся на внутренней поверхности трубного профиля под роликом. Найденные величины позволяют в последующих расчетах определить степень использования ресурса пластичности материала трубы с целью выявления трещин в зоне деформации. Анализ расчетных результатов на третьем этапе показывает, что использование роликов с торообразной (закругленной) катающей поверхностью позволяет уменьшить контактные давления при той же глубине вдавливания и тем самым повысить стойкость инструмента.

Кроме того, были рассчитаны зависимости ресурса пластичности материала в характерных точках очага деформации от глубины вдавливания, диаметра профилирующего ролика и материала профилируемой детали. Компьютерные расчеты сопоставлены с экспериментальными данными — их расхождение составляет не более 5%, что подтверждает надежность разработанных алгоритмов и моделей.

Расчетные возможности САЕ-системы ANSYS могут быть использованы для совершенствования существующих технологий и установок, а также для разработки новых технологий и выбора оптимального инструмента.

«САПР и графика» 2'2003

Популярные статьи

BIMbox — комплексное внедрение BIM на платформе Autodesk Revit

Автор рассказывает о новом продукте, предоставляемом компанией CSD на рынке САПР в области внедрения технологий информационного моделирования, — BIMbox

Репортаж с конференции «Год в Инфраструктуре 2017»

В октябре состоялась ежегодная конференция, организованная компанией Bentley Systems, — «Год в Инфраструктуре 2017». В этот раз организаторы впервые провели конференцию в Азии, а именно в Сингапуре. Местом проведения был выбран конференц­центр Sands Expo и выставочный центр первоклассного отеля Marina Bay Sands

В новейшей версии системы NX от Siemens представлены средства междисциплинарной разработки изделий, реализованные на единой платформе

В новой версии системы NX реализовано новое поколение решений для конструкторско-технологической подготовки производства и численного моделирования, достигнуто полное объединение процессов проектирования электрических и механических узлов, а также систем управления на основе тесной интеграции с системами Mentor Graphics, Capital Harness и Xpedition