Разработка способа отгибки фальцев вибрирующими пуансонами (1095122), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Наиболее важныеиз них: величина давления, направление воздействия (угол давления) иплощадь контакта инструмента с корешком блока (угол охвата).Особенностью подбора оптимальных параметров является тот факт,что эти параметры вариабельны для каждого книжного блока ввиду зависимости его деформационных свойств от марки бумаги и конструкции.Для подбора оптимальных параметров отгибки фальцев разработанаметодика, включающая следующие основные этапы:1) оценка размерных характеристик и механических свойств бумагипо соответствующей известной методике;142) оценка размерных характеристик и конструкций тетради и блока;3) выбор из имеющихся или создание расчётной физикоматематической модели с подходящими параметрами;4) задание исходных данных для расчёта, включая свойства бумаги ипараметры нагрузки (величина нагружения, угол приложения нагрузки ипр.);5) проверка полученных результатов на соответствие требованиям покачеству отгибки фальцев;6) при неудовлетворительных результатах замена параметров нагрузки (угол приложения, величину и т.д.) и проведение повторного расчета.Наиболее важным инструментом предложенной методики являетсярасчетная модель книжного блока, позволяющая проводить анализ деформационных явлений под действием нагрузки.

Основное требование к расчетной модели — возможность её практического применения для определения деформаций корешка книжного блока под действием нагрузки с переменными параметрами её величины и направления воздействия в зависимости от марки бумаги и конструкции блока.В работе были рассмотрены известные механические модели бумаги икнижного блока, проанализированные в работах Флятте Д.М., Комарова В.И., Корнилова И.К., Силенко П.Н и пр., содержащие разное числомеханических элементов (Рисунок 7).Рисунок 7 — Варианты механических моделей для характеристикидеформации бумажного листа в работе Флятте Д.М: 1 — упругий элемент;2 — вязкий элемент; 3 — элемент сухого тренияОднако многоэлементные модели сложны и неудобны для практического применения и не позволяют количественно описать деформациюструктуры бумаги от приложенной нагрузки. Поэтому в рамках задачиопределения оптимальных параметров при отгибке фальцев обоснованносоздание удобной расчетной модели книжного блока.

В связи с этим следует ввести ряд допущений, определяющих граничные условия при под-15боре оптимальных параметров отгибки фальцев вибрирующими пуансонами.1. Выполнение расчетов деформаций корешка книжного блока возможно методом конечно-элементного анализа.В настоящее время для расчета напряжений и деформаций конструкции в инженерной практике широко применяются CAE-системы(Computer-aided engineering system — системы инженерного анализа), позволяющие создавать физико-математические модели различных объектовс выполнением расчетов, основанных на численных методах решениядифференциальных уравнений.

Наиболее эффективным считается методконечных элементов (МКЭ), реализованный в большом количестве программных продуктов. Для подбора оптимальных параметров отгибкифальцев выбран модуль APM Structure3D системы автоматизированногорасчета и проектирования APM WinMachine.Ввиду отсутствия готовых методик расчета деформаций бумаги ипроизводных конструкций в CAE-системах, в работе были решены задачивыбора расчетной физико-математической модели для каждого исследуемого объекта, описания его геометрических и механических свойств, порядок разбиения модели на конечные элементы (КЭ) для расчета и способы представления и приложения нагрузок, что позволило корректно решить задачу анализа деформаций книжного блока с помощью стандартнойCAE-системы APM WinMachine.Для проверки возможности расчета деформаций бумаги методом конечных элементов было проведено сравнение экспериментальных и расчетных значений деформаций.Расчетные значения прогибов получены путем анализа деформациймодели листа в системе APM WinMachine.

Расчетной моделью полоскибумаги выбрана физико-математическая модель пластины длиной l и шириной b (Рисунок 8 а), нагружение которой осуществляется усилием, равным массе полоски и прикладываемым распределенно по всей площадиили сосредоточенно по центру испытываемого образца. Нагрузки определяются согласно экспериментальным данным по массе бумаги. Геометрические размеры и механические свойства модели заданы в соответствии сопределенными значениями образца по стандартной методике испытаниябумаг.

Пластина жестко закрепляется по одному краю и разбивается напрямоугольные элементы с длиной стороны, равной 5 мм (Рисунок 8 б).16абРисунок 8 — Расчетная физико-математическая модель полоски бумаги всистеме APM WinMachine: а — общий вид элемента;б — модель, готовая к расчетуЭкспериментальное исследование заключалось в определении деформаций бумаги под действием статического нагружения (собственного веса), для чего из образца бумаги были вырезаны полосы шириной 15 ммдлиной 35, 45, 55 и 70 мм во взаимно перпендикулярных направлениях,соответствующих машинному и поперечному направлениям бумаги. Тестовая полоска одним концом фиксировалась в зажимах на длине 20 мм, аеё свободный конец прогибался под действием силы тяжести.

Отклонение(прогиб) края полоски от горизонтального положения 4 (Рисунок 9) фиксировался с помощью штангенциркуля, точность измерения ±0.1 мм. Величина прогиба полосы бумаги λ∑ определялась по формуле 2: l  x   y22,((2)где l — длина полоски бумаги;х — величина прогиба в проекции на горизонтальную ось Х;y — величина прогиба в проекции на вертикальную ось Y.Рисунок 9 — Расчет суммарного прогиба: l — длина полоски в начальномположении; х — проекция на горизонтальную ось;y — проекция на вертикальную ось17Для каждой длины полосы испытания проведены на трех образцах,при этом в ходе эксперимента учитывали, какой стороной образец обращен по направлению действия силы тяжести (верхней или сеточной).Результат сравнения экспериментальных и расчетных значений деформаций представлен в Таблице 2.Таблица 2 — Сравнение экспериментальных и расчетных деформаций полосокДлинаобразца, мм15253550Среднее значение деформации (прогиба), ммНатурный экспериментМетод конечных элементовЕпЕмЕпЕм0,250,150,120,030,650,150,90,251,40,753,470,964,12,1514,64,02В результате сравнения установлено, что качественная картина деформаций является идентичной и подтверждает адекватность расчетноймодели бумаги.

Точность полученных результатов обусловлена усредненными значениями заданных механических свойств бумаги.Для расчёта деформаций анизотропных материалов, таких как бумага,в системах инженерного анализа необходимо знать такие механическиесвойства, как модуль упругости, модуль сдвига, коэффициент Пуассона,пределы прочности на растяжение, а также плотность и толщину, от точности задания которых зависит точность расчетов модели. Приняв допущение, что бумага является ортотропным материалом, т.е. имеет три взаимно ортогональные плоскости упругой симметрии, матрица значений втрехмерном случае имеет 9 независимых упругих постоянных. Значенияданных постоянных не могли быть получены в полном объеме на имеющемся лабораторном оборудовании, в результате чего принято допущение,что модуль упругости направлении EZ равен модулю упругости в поперечном сечении Eпс, значение которого принято равным полусумме модулейупругости в машинном EМ и поперечном EП направлениях.

Другие значение постоянных заданы примерно на основе имеющихся в литературе данных. Учитывая, что каждая марка бумаги отличается механическими характеристиками, вопрос испытания бумаг является важным для созданияих расчетных моделей, между тем выходит за рамки данного исследования.182. При расчёте тетради свойства бумаги изотропны.Подбор оптимальных параметров отгибки фальцев в случае базовоймодели, рассматриваемой в данной работе, целесообразно провести в общем случае, без учета анизотропии свойств бумаг.

Данный подход позволяет оценить в общем виде качественную картину деформаций в рамкахразработанной методики. При расчете деформаций конкретного изданиянеобходим учет анизотропии в сумме с отдельным исследованием механических свойств конкретной марки бумаги.3. Воздействующее усилие задано статической нагрузкойРазработанной способ предполагает безвыстойный принцип отгибкифальцев, который характеризуется перемещением пятна контакта рабочегоинструмента с корешком. При этом выполнение расчета при контактномвзаимодействии имеет множество нюансов параметров контакта, которыемогут быть уточнены экспериментально после данного подбора параметров, и требует значительных ресурсов вычислительной мощности компьютера для решения.

Поэтому для анализа деформаций целесообразно проводить статический расчёт.4. При расчете деформаций тетрадь может быть представлена твердотельной моделью.Для расчета тетради в системе APM WinMachine выбрана твердотельная физико-математическая модель, толщина которой составляла 1,2 мм исоответствовала значению реальной тетради, использованной для экспериментальной оценки способа отгибки фальцев. Для сокращения временирасчета для анализа дефлораций тетради выбрана её корешковая областьдлиной 100 мм. При решении данной трехмерной задачи модель разбивалась на КЭ в виде тетраэдра, которые осуществляли взаимодействие друг сдругом только через точки их вершин (узлов).Адекватность твердотельной модели тетради доказывает соответствиеполученной расчетным путём качественной картины деформаций характеру деформаций реального объекта, что недостижимо при использованиидля представления тетради составной твердотельной и пластинчатой моделей, или простой пластинчатой модели (Рисунок 10).

Составные моделипоказали деформации только внешнего элемента (имитирующего внешниестраницы тетради), а у простой пластинчатой модели отсутствовали сдвиговые деформации, что не соответствует реальности. При этом составныемодели имеют большую размерность — порядка 176 000 элементов для со-19ставной твердотельной модели, и около 96 000 элементов для составной пластинчатой модели, что значительно увеличивает время их расчета и требованияк вычислительным мощностям, а, следовательно, затрудняет их практическоеприменение.

Характеристики

Список файлов диссертации