Диссертация (1143892), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Методика создания компьютерных моделей в LS-DYNAРазработка моделей и расчеты осуществлялись на лицензионной копиипрограммы LS-DYNA. Обработка, анализ и визуализация полученныхрезультатов проводилась в постпроцессоре LS-PREPOST. При созданиирасчетной модели, исходя из условий симметрии необходимо и достаточнорассматривать 1/4 заготовки, матрицы, прижима и пуансона, если он присутствуетв пакете оснастки.Методика создания КЭ расчетной модели исследуемого процесса вLS-DYNA включает следующие основные этапы:1. Импортирование оболочечной геометрической модели заготовки иосновных элементов оснастки.2.
Выбор типа элемента и задание свойств оболочки.3. Задание констант для каждого типа элемента, в том числе назначениеколичества слоев оболочек и толщины материала заготовки.4. Выбор модели материала (MPL, 3PB, RIGIT и др.) и задание физикомеханических характеристик (плотности, упругих констант и др.).5. Задание параметров кривой деформационного упрочнения, полученной изиспытаний.816.
Конечно-элементнаяразбивкасоставляющихмодели:присвоениеатрибутов частям геометрической модели, выбор формы и размера симплексэлемента, выбор типа разбиения.7. Определение частей и соответствующих геометрических объектов, моделиматериала и типа конечного элемента.8. Задание граничных условий для заготовки на плоскостях симметрии.9. Определение пар контакта: задание типа контакта и коэффициентовстатического и динамического трения для описания взаимодействия листовойзаготовки с поверхностями инструмента.10.Задание параметров нагружения: ввод массива данных «время –нагрузка», определение вида нагрузки, определение компонента, к которомуприлагается нагрузка.11.Задание времени и такта счета; задание шага частоты записи файловрешения.12.Формирование программного k – файла для последующегочисленного расчета.Присозданиикомпьютерноймоделипопредлагаемойметодикепринимаются следующие допущения:1.
В задачах ЭГИ деформирования не учитывается геометрия разряднойкамеры и свойства передающей среды, а нагрузка задается с помощьюзависимости давления от времени.2. В расчетах используются параметры кривой деформационного упрочнения,получаемой аппроксимированной степенным законом Холломана (2.8).3. Влияние скоростей деформации при решении задач импульсногодеформирования учитывается интегральным коэффициентом динамичности Kd.4. Материал заготовки принимается изотропным и задается моделью MPL.В данном исследовании заготовка и инструмент разбивались натреугольные элементы.
Выбирались контактные условия Surface to Surface для82обеспечения наилучших условий взаимодействия заготовки и жесткогоинструмента. Контактным алгоритмом учитывалась толщина оболочек, а такжепрепятствовалось проникновение заготовки в инструмент.Для задач импульсного деформирования выбирался вид нагрузки по типуPRES (давление). Для квазистатических задач выбирался вид нагрузки по типуRBUZ (перемещение пуансона).Основные характеристики материалов и геометрия заготовок и оснастки,используемые в компьютерном моделировании в дальнейших расчетах, даны вПриложении А, если не указано обратного.2.6.2. Возможности численных расчетов в LS-DYNAРасчеты, выполненные с помощью разработанных компьютерных моделей,позволяют определять эффективные пластические деформации и их скорость,толщину материала и перемещение всех точек заготовки, а также оценитьзаполнение рельефа матрицы и изменение формы заготовки, определитьвероятность потери устойчивости и нарушения сплошности материала в любоймомент времени, в том числе для момента остановки заготовки.Возможности численных расчетов показаны на примере ЭГИ вытяжкиформовки в открытую матрицу заготовки из алюминия 5754 толщиной 1 мм.Параметры импульса давления задавались зависимостью (2.1) с характеристическойдлительностью = 2000 мкс и относительным временем нарастания t*=0.5.Амплитудное давление подбиралось таким образом, чтобы пластическиедеформации доходили до зоны начала потери устойчивости.На рисунке 2.22 показана заготовка с конечно-элементной разбивкой, атакже отмеченные симплекс-элементы в центральной, свободной и фланцевойчасти заготовки.На рисунке 2.23 показаны графики изменения эффективной пластическойдеформации отмеченных точек во времени.
Эффективная пластическаядеформация ef (EPS – Effective plastic strain), т.е. сумма приращений83интенсивноститензоранакопленныхдеформаций,являетсямонотонновозрастающей скалярной величиной, которая возрастает каждый раз, когдаматериал заготовки активно пластически деформируется. По изменениямграфика эффективной деформации во времени можно точно определить в какоймомент металл пластически деформируется. Кроме того, величину эффективнойдеформации в момент остановки заготовки можно использовать как критерийсходимости различных вариантов расчета.
Позволяет прогнозировать разрушениезаготовки при достижении величины эффективных деформаций ef > 1.Эффективная пластическаядеформацияРисунок 2.22 – КЭ модель заготовки с отмеченными элементами: S23 – элементцентра заготовки; S277 – элемент свободной части; S2771 – элемент фланца1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.00.0E+001232.0E-044.0E-046.0E-04Время, с8.0E-041.0E-03Рисунок 2.23 – Эффективные пластические деформации для отмеченных точек:1 (S23) – элемент центра заготовки; 2 (S277) – элемент свободной части; 3 (S2771) –элемент фланца84На рисунке видно, что в момент времени t = 575 мкс, эффективнаяпластическая деформация становится более 0.8 для точки в центральной частизаготовки.
Это означает, что купол заготовки переходит в зону потериустойчивости, и возникает вероятность нарушения сплошности металла.На рисунке 2.24 показан график изменения скорости деформации вотмеченных точках. Данный график позволяет оценить общую скоростьпроцесса, а в данном варианте расчета показывает, что точки на фланцезаготовки разгоняются медленнее точек центральной части, т.е. демонстрируетинерционность фланца.Скорость деформаций, 1/с1.4E+031.2E+031.0E+0318.0E+0226.0E+024.0E+0232.0E+020.0E+000.0E+002.5E-045.0E-04Время, с7.5E-041.0E-03Рисунок 2.24 – Скорость пластических деформаций в отмеченных точках:1 (S23) – элемент центра заготовки; 2 (S277) – элемент свободной части; 3 (S2771) –элемент фланцаКомплекс LS-DYNA позволяет определять кинематику точек заготовки влюбой момент времени (рисунок 2.25). В свою очередь это позволяет рассчитатьотносительный прогиб заготовки: ∗ = /,(2.18)где z – текущая величина прогиба заготовка, d – диаметр отверстия вытяжнойматрицы, и относительный радиус:r* = r / Rз,(2.19)где r – текущее значение радиуса, на котором находится выбранная точка, Rз –начальный радиус заготовки.85Относительный прогиб, z*00.20.050.00-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25-0.30-0.35-0.40-0.45-0.500.40.60.811234Относительный радиус, r*Рисунок 2.25 – Относительный прогиб заготовки в различные моменты времени:1 – 0 мкс; 2 – 300 мкс; 3 – 555 мкс (ef = 0.775); 4 – 1000 мкс (ef = 0.883)А также позволяет оценить, на какую максимальную величину может бытьвытянута листовая заготовка до разрушения в сравнении с диаметром вытяжнойматрицы, если принять текущей величиной прогиба z величину максимальногоотносительный прогиба центральной точки заготовки до начала нарушениясплошности материала :∗= | ⁄ |.(2.20)∗В рассмотренном примере = 0.453.Параметрξпозволяет оценить заполнение рельефаматрицыпополученному профилю заготовки:ξ = з ⁄ м ,(2.21)где lз – длинна кривой, описывающей профиль вытянутой заготовки от центракупола до радиуса скругления, lм – длинна кривой, описывающей профильматрицы.
При максимальном заполнении профиля матрицы параметр ξ →1.В рассмотренном примере вытяжка-формовка осуществлялась в открытуюматрицу, поэтому параметр ξ не рассчитывался.Комплекс LS-DYNА позволяет получить значения относительной толщиныматериала ℎ∗ во всей заготовке в любой момент времени (рисунок 2.26), т.е.позволяет определять, на какую величину изменилась исходная толщиназаготовки: значения меньше 1 являются индикатором утонения материала, азначения больше 1 – утолщения:86ℎ ∗ = ℎ ⁄ ℎ0 ,(2.22)Относительная толщина, h*где h – текущая толщина материала, h0 – толщина материала исходной заготовки.1.110.90.80.70.60.50.40.300.20.40.6Относительный радиус, r*0.81Рисунок 2.26 – Изменение толщины материала заготовки вдоль прогиба вмомент остановки заготовкиТакже комплекс позволяет отслеживать изменение с течением временитолщины материала в конкретной точке (рисунок 2.27).
По рисунку 2.27 можноувидеть постепенное утолщение на фланце и утонение материала в центрезаготовки.Толщина материала, мм1.11.00.90.810.720.630.50.40.0E+002.0E-044.0E-04 6.0E-04Время, с8.0E-041.0E-03Рисунок 2.27 – Изменение толщины материала в характерных точках заготовки стечением времени: 1 (S23) – элемент центра заготовки; 2 (S277) – элемент свободнойчасти; 3 (S2771) – элемент фланца87Полученные данные позволяют рассчитать параметр χ – относительноеутонение материала заготовки в сравнении с исходной толщиной материала: = ℎ ⁄ℎ0 ,(2.23)где ℎ – минимальная толщина материала заготовки вследствие утонения;обычно наименьшая толщина металла локализуется в центральной частизаготовки.В рассматриваемом примере относительное утонение составляет χ = 0.43.Полная визуализация процесса в LS-PREPOST кроме изменения прогибазаготовки позволит также оценить изменения формы наружного диаметра(например, для оценки фестонообразования и / или одностороннего смещенияфланца заготовки вследствие расцентровки), а также визуализировать процессскладкообразования.Для рассматриваемого варианта на рисунке 2.28, а показана заготовка вмомент остановки и распределение цветовых зон, определяющих проблемныеобласти: разрушение металла (красный), риск образования трещин (желтый),вероятность складкообразования (синий), складкообразование (фиолетовый), атакжеобластизначительногоутонения(оранжевый)инормальногоформоизменения (зеленый) без риска нарушения сплошности и потериустойчивости.На рисунке 2.28, б показана соответствующая диаграмма предельныхдеформаций, которая используются в расчетах для настройки оптимальныхпараметров нагружения, а также применяются в прогнозировании критическихпараметров процесса: складкообразования и разрушения заготовки.На рисунке 2.28, в показан упрощенный график распределения зон вдольпрогиба заготовки, соответствующий рисунку 2.28, а.Используя приведенные выше параметры можно проводить сравнительныйанализ и оценку различных вариантов расчета.88а)б)в)00.20.40.60.810-0.1z*-0.2-0.3-0.4-0.5r*Рисунок 2.28 – Пример рассчитанной заготовки с распределением цветовыхзон (а), диаграмма предельных деформаций (б) и график распределения проблемныхзон вдоль прогиба заготовки (в): «Ж» – зона складкообразования; «Х» – зонавероятного складкообразования; «+» – зона нормального формообразования; «Δ» –зона выраженного утонения металла; «О» – зона риска трещинообразования2.6.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
