Численно-аналитическая модель напряжённо-деформированного состояния при раздаче тонкостенных трубных заготовок в криволинейной осесимметричной матрице

Авторы

Феоктистов С. И.^*, Андрианов И. К.^**, Марьин С. Б.^***

Комсомольский-на-Амуре государственный университет (КнАГУ), ул. Ленина, 27, Комсомольск-на-Амуре, 681013, Россия

*e-mail: serg_feo@mail.ru
**e-mail: ivan_andrianov_90@mail.ru
***e-mail: maryinsb@mail.ru

Аннотация

В исследовании рассматривается численно-аналитическое моделирование напряжённо-деформированного состояния и силовых характеристик при раздаче тонкостенных трубных заготовок в криволинейной осесимметричной матрице. При разработке модели используются уравнения равновесия безмоментной теории тонких осесимметричных оболочек с учетом нелинейной пластичности, изменения толщины стенки и контактного трения. В основе расчётов лежит численный метод переменных параметров упругости, что позволяет определить напряжения и деформации, распределение толщины в меридиональном сечении, величину контактного давления, а также построить график изменения усилия раздачи в зависимости от перемещения точки приложения усилия относительно матрицы. Математическая модель для оценки напряженно-деформированного состояния трубных заготовок при раздаче построена для матрицы, профиль которой описывается произвольной функцией. Численная методика расчета напряженно-деформированного состояния построена на основании метода переменных параметров упругости, позволяющего решать задачу о раздаче в упруго-пластической постановке. Кроме того, построенная модель учитывает сжимаемость материала при упругом деформировании. По результатам численного расчета представлено распределение меридиональных и окружных напряжений и логарифмических деформаций, а также распределение логарифмических деформаций по толщине стенки заготовки. Проведена оценка контактного давления при обжиме, отмечается уменьшение относительной толщины заготовки по длине при раздаче. Сходимость итерационного процесса расчета методом переменных параметров упругости оценивалась положение интенсивностей напряжений и интенсивностей логарифмических деформаций относительно диаграммы деформирования материала. Предложенное решение задачи о раздаче трубных заготовок может найти применение в области авиастроения при разработке тонкостенных оболочечных конструкций авиационного назначения.

Ключевые слова:

метод переменных параметров упругости, раздача трубы, нелинейная пластичность, переменная толщина стенки, контактное трение, криволинейная матрица

Библиографический список

1. Sosenushkin E., Yanovskaya E., Smolovich I., Khachatryan D., Kinderov V. Expansion of pipe blanks // Russian Engineering Research, 2016, vol. 36, pp. 239-243. DOI: 10.3103/S1068798X16030175

2. Lebedinsky I.N. Deformation during free dispensing of a hollow workpiece // Forging and Stamping Production. Processing of Materials by Pressure, 2016, no. 1, pp. 7-9.

3. Cao Bo, Iwamoto Takeshi. A strength prediction of joints by Fe-Mn-Si-Cr shape memory alloy through strain monitoring during pre-processes including diameter expansion and tightening by heating // Engineering Fracture Mechanics, 2023, vol. 284, pp. 109234. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2023.109234

4. Zhao Pengjing, Yang Yo-Lun, Gao Peng, Jiao Jingpin. Research on stamping forming prediction of aluminum alloy sheet based on RBF neural network // Journal of Physics: Conference Series, 2022, vol. 2396, pp. 012038. DOI: 10.1088/1742-6596/2396/1/012038

5. Gryazev M., Pasynkov A., Larin S. Effect of Initial Mechanical Anisotropy of the Pipe Blank in Expansion by a Conical Punch // Russian Engineering Research, 2018, vol. 38, pp. 371-375. DOI: 10.3103/S1068798X1805009X

6. Feoktistov S., Andrianov I. Construction of Forming Limit Diagram for Sheet Blanks from Aviation Aluminum Alloys // Advanced Engineering Research, 2023, vol. 23, pp. 7-16. DOI: 10.23947/2687-1653-2023-23-1-7-16

7. Han Z.R., Zhang L.Y., Huang C.Y. Optimum sheet metal blank design by finite element increment method // Journal of plasticity engineering, 2007, vol. 14(6), pp. 59-62.

8. Lee C.H., Huh H. Blank design and strain estimates for sheet metal forming processes by a finite element inverse approach with initial guess of linear deformation // Journal of Materials processing Technology, 1998, vol. 82 (1), pp. 145-155. DOI: 10.1016/s0924-0136(98)00034-x

9. Kumar Dharmesh, Zhigang Liu, Jirathearanat Suwat, Anantharajan Senthil Kumar. Investigation of Residual Stresses Induced by Incremental Sheet Forming and Stamping in Aluminum Alloys // Journal of Materials Engineering and Performance, 2022. DOI: 10.1007/s11665-022-07304-3

10. Kaljuzny V., Oleksandrenko Y., Kulikov I. The experiment-calculated analysis of open bulging of tubular workpiece // Journal of Mechanical Engineering, 2014, no. 1 (70), pp. 63-68.

11. Ковалевич М.В., Климова А.А. Совмещение традиционных операций листовой штамповки и пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности для изготовления изделий авиационной техники // Труды МАИ. 2010. № 38. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=14150

12. Болховитин М.С., Королев Н.Н., Монахова В.П. Повышение эффективности управления технологическим процессом точной штамповки при изготовлении лопаток компрессора ГТД // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=57706

13. Сапожникова Ю.А., Черников Д.Г. Гибридные и комбинированные технологии в процессах обработки металлов давлением // Труды МАИ. 2011. № 45. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=25507

14. Астапов В.Ю., Хорошко Л.Л., Джоздани М.С., Хорошко А.Л. Изготовление листовых окантовок люков летательных аппаратов магнитно-импульсным способом и моделирование с использованием САПР // Труды МАИ. 2017. № 95. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=84585

15. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолетов. – М.: Машиностроение, 1981. – 224 с.

16. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. – М.: Машиностроение, 1977. – 423 с.

17. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. – М.: Машиностроение, 1975. – 399 с.

18. Ершов В.И., Попов О.В., Чумадин А.С. и др. Листовая штамповка: Расчёт технологических параметров: Справочник. – М.: Изд-во МАИ, 1999. – 516 с.

19. Яковлев С.С., Бессмертная Ю.В., Платонов В.И. Анализ влияния технологических параметров операций обжима и раздачи в изотермических условиях на силовые режимы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 11. Ч. 1. С. 10-19.

20. Грязев М.В., Ларин С.Н. Подход к разработке математической модели процесса раздачи трубы коническим пуансоном // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2017. № 4-2 (324). С. 12-17.

21. Непершин Р.И. Раздача тонкостенной трубы криволинейным жёстким пуансоном // Вестник МГТУ «Станкин». 2009. № 4 (8). С. 54-60.

22. Биргер И.А. Круглые пластинки и оболочки вращения. – М.: Оборонгиз, 1961. – 368 с.

23. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник – М.: Металлургия, 1983. – 352 с.

24. Чумадин А.С. Теория и расчеты процессов листовой штамповки (для инженеров). – М.: Экссервис «ВИП», 2014. – 216 с.

25. Феоктистов С.И., Андрианов И.К. Вывод интегральных уравнений деформирования трубных заготовок с использованием осесимметричной оснастки // Материалы VI Дальневосточной конференции с международным участием «Фундаментальные и прикладные задачи механики деформируемого твердого тела и прогрессивные технологии в металлургии и машиностроении»: сборник трудов. (Комсомольск-на-Амуре, 5-7 октября 2022). – Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре государственный университет, 2022. С. 204-210.

26. Феоктистов С.И., Андрианов И.К., Лин Тхет. Определение напряжённо-деформированного состояния при формоизменении цилиндрических труб с использованием конической оснастки // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2022. № 3 (59). С. 4-11. DOI: 10.17084/20764359-2022-59-4

27. ГОСТ 18482-2018. Трубы прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2018. – 20 с.

28. Феоктистов С.И., Андрианов И.К., Лин Тхет. Аппроксимация диаграммы деформирования металла в области упругопластических деформаций с нелинейным упрочнением // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2022. № 7 (63). С. 8-13. DOI: 10.17084/20764359-2022-63-8

29. Андрианов И.К., Феоктистов С.И. Основы построения диаграмм деформирования с учётом сжимаемости материала и эффекта Баушингера. – Комсомольск-на-Амуре: Изд-во КнАГУ, 2022. – 103 с.

Скачать статью