مدلسازی فرآیند برش فلز به روش اجزای محدود Vinogradov yuriy valerievich. مدل سازی فرآیند برش فلز به روش اجزای محدود وینوگرادوف یوری والریویچ مدل سازی عددی فرآیندهای برش

معرفی

فصل 1. فرمول کلی مسئله تغییر شکل الاستیک-پلاستیک 25

1.1. سینماتیک فرآیند 25

1.2. روابط سازنده فرآیندهای تغییر شکل محدود الاستیک-پلاستیک 32

1.3. بیان مسئله تغییر شکل الاستوپلاستیک محدود 38

1.4. راه اندازی فرآیند جداسازی 42

فصل 2 مدل سازی عددی فرآیندهای شکل دهی نهایی 44

2.1. فرمول عددی مسئله 44

2.2. روش ادغام حل و فصل روابط 50

2.3. الگوریتم های حل مسائل مقدار مرزی الاستیک- پلاستیسیته 51

2.4. بررسی صحت اجرای مدل ریاضی 54

2.5. تجزیه و تحلیل رفتار مدل تحت تغییر شکل های کوچک 57

2.6. مدلسازی فرآیند جداسازی مواد المان محدود 58

2.7. ساخت مدلی برای وارد کردن یک گوه صلب در بدنه نیمه نامتناهی الاستیک-پلاستیکی 60

2.8. مکانیسم محاسبه اصطکاک در مدل برش 62

فصل 3 مدلسازی ریاضی فرآیند برش . 65

3.1. فرآیند برش رایگان 65

3.2. عوامل موثر بر تشکیل تراشه 68

3.3. شرایط مرزی در شبیه سازی 70

3.4. اجرای اجزای محدود فرآیند برش 74

3.5. شبیه سازی برش حالت پایدار 75

3.6. فرآیند تکراری در مرحله 77

3.7. توجیه انتخاب مرحله محاسبه و تعداد اجزای محدود 80

3.8. مقایسه مقادیر تجربی یافت شده و محاسبه شده نیروهای برشی 83

کتابشناسی - فهرست کتب

معرفی کار

تخریب فلز در چنین شرایط شدیدی که معمولاً در آزمایش مواد یا سایر فرآیندهای تکنولوژیکی با آن مواجه نمی‌شویم. فرآیند برش را می توان بر روی مدل های فیزیکی ایده آل با استفاده از تحلیل ریاضی مطالعه کرد. قبل از شروع به تجزیه و تحلیل مدل های فیزیکی فرآیند برش، توصیه می شود با ایده های مدرن در مورد ساختار فلزات و مکانیسم جریان پلاستیک و تخریب آنها آشنا شوید.

ساده ترین طرحبرش یک برش مستطیلی (متعامد) است، زمانی که لبه برش عمود بر بردار سرعت برش و یک طرح برش مایل است، زمانی که زاویه خاصی از شیب برش وجود دارد.

لبه ها من.

برنج. 1. (الف) طرح برش مستطیلی (ب) طرح برش مایل.

ماهیت تشکیل تراشه برای موارد در نظر گرفته شده تقریباً یکسان است. نویسندگان مختلف فرآیند تشکیل تراشه را به 4 و 3 نوع تقسیم می کنند. بر این اساس، سه نوع اصلی تشکیل تراشه وجود دارد که در شکل 1 نشان داده شده است. 2: الف) متناوب، از جمله جداسازی دوره ای عناصر تراشه به شکل قطعات کوچک. ب) تشکیل تراشه پیوسته؛ ج) با تشکیل تجمع بر روی ابزار ادامه دارد.

معرفی

طبق مفهوم دیگری، در سال 1870، I. A. Time طبقه بندی انواع تراشه های تشکیل شده در حین برش را پیشنهاد کرد. مواد مختلف. طبق طبقه بندی I. A. Time، هنگام برش مواد ساختاری در هر شرایطی، چهار نوع تراشه تشکیل می شود: عنصری، مفصلی، تخلیه و شکست. براده های عنصری، درزدار و زهکشی براده های برشی نامیده می شوند، زیرا تشکیل آنها با تنش های برشی همراه است. براده های شکست گاهی اوقات تراشه های شکسته نامیده می شوند زیرا تشکیل آنها با تنش های کششی همراه است. ظاهرتمام انواع تراشه های ذکر شده در شکل نشان داده شده است. 3.

برنج. 3. انواع تراشه ها با توجه به طبقه بندی زمان.

شکل 3a شکل گیری تراشه های عنصری را نشان می دهد که از "عناصر" مجزای تقریباً یکسان تشکیل شده است که به یکدیگر متصل نیستند یا ضعیف هستند. مرز tp،جداسازی عنصر تراشه تشکیل شده از لایه بریده شده را سطح برش می گویند.

معرفی8

از نظر فیزیکی، سطحی است که در طول آن، در فرآیند برش، تخریب لایه بریده شده به طور دوره ای رخ می دهد.

شکل 36 شکل گیری تراشه های مفصلی را نشان می دهد. به بخش های جداگانه تقسیم نمی شود. سطح تراشه به تازگی ظاهر شده است، اما در تمام ضخامت براده ها نفوذ نمی کند. بنابراین، براده ها، همانطور که بود، از اتصالات جداگانه تشکیل شده است، بدون اینکه اتصال بین آنها قطع شود.

در شکل 3v - تشکیل تراشه های تخلیه. ویژگی اصلی آن استمرار (تداوم) آن است. اگر هیچ مانعی بر سر راه تراشه های تخلیه وجود نداشته باشد، به صورت یک نوار پیوسته جدا می شود و به صورت مارپیچ صاف یا مارپیچ پیچ می خورد تا زمانی که بخشی از تراشه تحت وزن خود شکسته شود. سطح تراشه 1 - مجاور سطح جلوی ابزار، سطح تماس نامیده می شود. نسبتا صاف است و سرعت های بالابرش در نتیجه اصطکاک روی سطح جلوی ابزار صیقلی می شود. سطح مقابل آن 2 سطح آزاد (سمت) تراشه نامیده می شود. با بریدگی های کوچک پوشیده شده و در سرعت های برش بالا ظاهری مخملی دارد. تراشه ها با سطح جلوی ابزار در ناحیه تماس در تماس هستند که عرض آن با C نشان داده شده است و طول آن برابر با طول کار تیغه اصلی است. بسته به نوع و خواص مواد در حال پردازش و سرعت برش، عرض ناحیه تماس 1.5 تا 6 برابر بیشتر از ضخامت لایه برش است.

شکل 3g شکل گیری یک تراشه شکستگی را نشان می دهد که از قطعات مجزا و غیر مرتبط با اشکال و اندازه های مختلف تشکیل شده است. تشکیل تراشه های شکستگی با گرد و غبار ریز فلزی همراه است. سطح تخریب tpمی تواند در زیر سطح برش قرار گیرد، در نتیجه سطح دوم با تراشه های شکسته شده از آن پوشیده شده است.

مقدمه 9

با توجه به آنچه در بیان شده است، نوع تراشه تا حد زیادی به نوع و خواص مکانیکی ماده در حال پردازش بستگی دارد. هنگام برش مواد پلاستیکیتشکیل سه نوع اول تراشه امکان پذیر است: عنصری، مفصلی و تخلیه. با افزایش سختی و استحکام مواد در حال پردازش، تراشه تخلیه به یک تراشه مشترک و سپس به یک تراشه عنصر تبدیل می شود. هنگام پردازش مواد شکننده، تراشه های عنصری یا به ندرت تراشه های شکستگی تشکیل می شوند. با افزایش سختی یک ماده مانند چدن، تراشه های عنصری به تراشه های شکست تبدیل می شوند.

از پارامترهای هندسی ابزار، نوع تراشه به شدت تحت تأثیر زاویه چنگک و زاویه شیب تیغه اصلی قرار می گیرد. هنگام پردازش مواد انعطاف پذیر، تأثیر این زوایای اساساً یکسان است: با افزایش آنها، تراشه عنصری به یک مفصل و سپس به یک تخلیه تبدیل می شود. هنگام برش مواد شکننده در زوایای چنگک بزرگ، تراشه های شکستگی ایجاد می شود که با کاهش زاویه چنگک، عنصری می شود. با افزایش زاویه شیب تیغه اصلی، تراشه ها به تدریج به تراشه های عنصری تبدیل می شوند.

نوع تراشه تحت تأثیر تغذیه (ضخامت لایه برش) و سرعت برش است. عمق برش (عرض لایه برش خورده) عملاً تأثیری بر نوع تراشه ندارد. افزایش در خوراک (ضخامت لایه بریده شده) در هنگام برش مواد انعطاف پذیر منجر به انتقال ثابت از تراشه های تخلیه به تراشه های مفصلی و عنصری می شود. هنگام برش مواد شکننده، با افزایش خوراک، تراشه های عنصری به تراشه های شکست تبدیل می شوند.

سخت ترین اثر بر روی نوع تراشه سرعت برش است. هنگام برش بیشتر فولادهای ساختاری کربنی و آلیاژی، اگر ناحیه سرعت برش را که در آن نا

مقدمه 10

رشد، با افزایش سرعت برش، تراشه از عنصر مفصلی می شود و سپس تخلیه می شود. با این حال، هنگام پردازش برخی از فولادها و آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت، آلیاژهای تیتانیوم، برعکس، افزایش سرعت برش، تراشه تخلیه را به عنصری تبدیل می کند. دلیل فیزیکی این پدیده هنوز به طور کامل مشخص نشده است. افزایش سرعت برش در پردازش مواد شکننده با انتقال یک تراشه شکستگی به یک تراشه عنصری با کاهش اندازه عناصر جداگانه و تقویت پیوند بین آنها همراه است.

با توجه به پارامترهای هندسی ابزارها و شرایط برش مورد استفاده در تولید، انواع اصلی براده ها هنگام برش مواد پلاستیکی اغلب تراشه های تخلیه و کمتر تراشه های اتصال دهنده هستند. نوع اصلی تراشه ها هنگام برش مواد شکننده، تراشه های عنصری هستند. تشکیل تراشه های عنصری در حین برش مواد انعطاف پذیر و شکننده به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. دلیل آن پیچیدگی در توصیف ریاضی فرآیند تغییر شکل‌های بزرگ الاستیک-پلاستیک و فرآیند جداسازی مواد است.

شکل و نوع کاتر در تولید در درجه اول به زمینه کاربرد بستگی دارد: بر روی ماشین تراش، چرخ فلک، برجک، رنده و شکاف، ماشین تراش اتوماتیک و نیمه اتوماتیک و ماشین های مخصوص. کاترهای مورد استفاده در مهندسی مکانیک مدرن بر اساس طراحی (جامد، کامپوزیت، پیش ساخته، نگهدارنده، قابل تنظیم)، بر اساس نوع پردازش (از طریق، برش، برش، خسته کننده، شکل دار، رزوه ای)، با توجه به ماهیت پردازش (زبری، تکمیل) طبقه بندی می شوند. برای چرخش ریز)، با توجه به نصب نسبت به قطعه (شعاعی، مماسی، راست، چپ)، با توجه به شکل قسمت میله (مستطیل، مربع، گرد)، با توجه به جنس

معرفی

قطعات بشکه (از فولاد پرسرعت، از آلیاژ سخت، از سرامیک، از مواد فوق سخت)، با وجود دستگاه های خرد کن تراشه.

ترتیب متقابل قسمت کار و مسکن برای آن متفاوت است انواع متفاوتبرش: برای چرخاندن برش ها، نوک کاتر معمولاً در سطح صفحه بالایی بدنه قرار می گیرد، برای رنده ها - در سطح صفحه پشتیبانی بدنه، برای برش های خسته کننده با بدنه مقطع دایره ای - در امتداد محور بدن یا زیر آن. بدنه برش های برش در منطقه برش دارای ارتفاع کمی بالاتر است - برای افزایش استحکام و استحکام.

هر دو طرح های بسیاری از برش ها به عنوان یک کل و عناصر ساختاری جداگانه آنها استاندارد شده است. برای یکسان کردن طرح‌ها و ابعاد اتصال نگهدارنده‌های ابزار، مجموعه‌ای از بخش‌های میله‌ای زیر، میلی‌متر، اتخاذ شد: مربع با ضلع a = 4، 6، 8، 10، 12، 16، 20، 25، 32، 40 میلی‌متر. مستطیل 16x10؛ 20x12; 20x16; 25x16; 25x20; 32x20; 21x25; 40x25;40x32;50x32; 50x40; 63x50 (نسبت H:B=1.6 برای نیمه تمام کردن و تکمیل و H:B=1.25 برای خشن کردن استفاده می شود).

طبقه بندی کننده همه روسی محصولات 8 زیر گروه از دندان های ثنایا را با 39 نوع در آنها ارائه می دهد. حدود 60 استاندارد در مورد طراحی کاتر و مشخصات فنی. علاوه بر این، 150 اندازه استاندارد درج فولادی پرسرعت برای انواع کاتر، حدود 500 اندازه استاندارد درج کاربید لحیم کاری شده، 32 نوع درج چند وجهی بدون سنگ زنی (بیش از 130 اندازه استاندارد) استاندارد شده است. در ساده ترین موارد، کاتر بدون در نظر گرفتن بسیاری از پارامترهای هندسی به عنوان یک گوه کاملاً سفت و سخت مدل می شود.

پارامترهای هندسی اصلی کاتر با در نظر گرفتن موارد فوق.

تعیین گوشه عقب آ- اصطکاک سطح عقب را بر روی قطعه کار کاهش دهید و از حرکت بدون مانع کاتر در طول قطعه کار اطمینان حاصل کنید.

معرفی12

تأثیر زاویه فاصله بر روی شرایط برش به این دلیل است که نیروی طبیعی بازیابی الاستیک سطح برش و نیروی اصطکاک بر روی لبه برش از سمت قطعه کار تأثیر می گذارد.

با افزایش زاویه پشت، زاویه تیز شدن کاهش می‌یابد و در نتیجه استحکام تیغه کاهش می‌یابد، زبری سطح ماشین‌کاری شده افزایش می‌یابد و خروج گرما به بدنه کاتر بدتر می‌شود.

با کاهش زاویه فاصله، اصطکاک روی سطح ماشینکاری شده افزایش می یابد، که منجر به افزایش نیروهای برش، سایش برش افزایش می یابد، تولید گرما در تماس افزایش می یابد، اگرچه شرایط انتقال حرارت بهبود می یابد، و ضخامت قابل تغییر شکل پلاستیکی. لایه روی سطح ماشینکاری شده افزایش می یابد. در چنین شرایط متناقضی، بسته به خواص فیزیکی و مکانیکی ماده مورد پردازش، جنس تیغه برش و پارامترهای لایه برش، باید مقدار بهینه زاویه فاصله وجود داشته باشد.

کتاب های راهنما مقادیر متوسط مقادیر بهینه زوایا را ارائه می دهند، آتوسط نتایج آزمایشات صنعتی تایید شده است. مقادیر توصیه شده برای زوایای پشت دندان های ثنایا در جدول 1 آورده شده است.

معرفی13

تعیین زاویه جلو در- تغییر شکل لایه برش را کاهش داده و جریان تراشه را تسهیل می کند.

تاثیر زاویه چنگک بر شرایط برش: افزایش زاویه چنگک درفرآیند برش را با کاهش نیروهای برش تسهیل می کند. با این حال، در این حالت، استحکام گوه برش کاهش می‌یابد و خروج گرما به بدنه برش کاهش می‌یابد. کاهش زاویه درمقاومت برش ها از جمله ابعادی را افزایش می دهد.

برنج. 6. شکل سطح جلوی ثنایا: الف - صاف با پخ. ب - منحنی با پخ

ارزش زاویه چنگک و شکل سطح جلویی نه تنها تحت تأثیر خواص فیزیکی و مکانیکی ماده در حال پردازش است، بلکه تحت تأثیر خواص مواد ابزار نیز قرار دارد. فرم های مسطح و منحنی (با یا بدون پخ) از سطح جلو استفاده می شود (شکل 1.16).

یک سطح جلوی صاف برای برش انواع مواد ابزار استفاده می شود، در حالی که یک پخ سخت کننده در تیغه زیر تیز می شود.

زاویه UV-^~5 -برای برش های فولادی با سرعت بالا و درf =-5..-25. برای برش های کاربید، انواع سرامیک ها و مواد فوق سخت مصنوعی.

برای کار در شرایط سخت (برش با ضربه، با مقدار ناهموار، هنگام پردازش فولادهای سخت و سخت شده)، هنگام استفاده از مواد برش سخت و شکننده (سرامیک معدنی، مواد مصنوعی فوق سخت، آلیاژهای سخت با محتوای کبالت کم)، می توان برش را انجام داد.

معرفی

با سطح جلویی صاف، بدون پخ با زاویه چنگک منفی بریده شود.

برش های ساخته شده از فولاد پرسرعت و آلیاژهای سخت با سطح جلوی صاف بدون پخ با ^ = 8..15 برای پردازش مواد شکننده که باعث شکستگی تراشه (چدن، برنز) می شوند استفاده می شود. با ضخامت برش کوچک قابل مقایسه با شعاع گرد لبه برش، زاویه چنگک عملاً هیچ تأثیری بر فرآیند برش ندارد، زیرا لایه برش تغییر شکل داده و توسط یک لبه شعاع گرد به تراشه تبدیل می‌شود. در این حالت، زوایای جلو برای انواع مواد ابزار در محدوده 0...5 0 پذیرفته می شود. مقدار زاویه چنگک به طور قابل توجهی بر دوام کاترها تأثیر می گذارد.

تعیین زاویه اصلی در پلان - نسبت بین عرض را تغییر دهید بو ضخامت آبرش در عمق ثابت برش تیو تشکیل پرونده اس.

کاهش زاویه استحکام نوک ابزار را افزایش می دهد، اتلاف گرما را بهبود می بخشد، عمر ابزار را افزایش می دهد اما نیروهای برش را افزایش می دهد پz و، آردر افزایش

فشردن و اصطکاک روی سطح تحت درمان شرایطی را برای وقوع ارتعاشات ایجاد می کند. با افزایش تراشه ها ضخیم تر می شوند و بهتر می شکنند.

طرح‌های برش‌دهنده، به‌ویژه آن‌هایی که درج‌های کاربید گیره‌دار مکانیکی دارند، طیف وسیعی از زاویه‌ها را فراهم می‌کنند: 90، 75، 63، 60، 50، 45، 35، 30، 20، 10، که به شما امکان می‌دهد زاویه را انتخاب کنید. که به بهترین وجه مناسب شرایط داده شده است.

فرآیند جداسازی مواد به شکل کاتر بستگی دارد. با توجه به برش، جداسازی فلز رخ می دهد، می توان انتظار داشت که این فرآیند شامل تخریب همراه با تشکیل و ایجاد ترک باشد. در ابتدا، این ایده در مورد فرآیند برش به طور کلی پذیرفته شد، اما بعداً در مورد وجود ترک در جلوی ابزار برش شک و تردید وجود داشت.

Malloch و Rulix جزو اولین کسانی بودند که در میکروعکاسی از ناحیه تشکیل تراشه تسلط یافتند و شکاف هایی را در جلوی کاتر مشاهده کردند، Kick بر اساس مطالعات مشابه به نتایج معکوس رسید. با کمک تکنیک های میکروفوتوگرافی پیشرفته تر، نشان داده شد که برش فلزات بر اساس فرآیند جریان پلاستیک است. به عنوان یک قاعده، در شرایط عادی، یک ترک پیشرو تشکیل نمی شود، تنها در شرایط خاصی می تواند رخ دهد.

با توجه به وجود تغییر شکل‌های پلاستیکی که خیلی جلوتر از کاتر منتشر می‌شوند، با مشاهده فرآیند تشکیل تراشه زیر میکروسکوپ در سرعت‌های برش بسیار پایین به دست آمد. V- 0,002 متر در دقیقهاین را نیز نتایج یک مطالعه متالوگرافیک تغییر شکل دانه در ناحیه تشکیل تراشه نشان می دهد (شکل 7). لازم به ذکر است که مشاهدات فرآیند تشکیل تراشه در زیر میکروسکوپ، ناپایداری فرآیند تغییر شکل پلاستیک را در ناحیه تشکیل تراشه نشان داد. مرز اولیه منطقه تشکیل تراشه به دلیل جهت گیری متفاوت صفحات کریستالوگرافی تک دانه های فلز در حال پردازش، موقعیت خود را تغییر می دهد. غلظت دوره ای از تغییر شکل های برشی در مرز نهایی منطقه تشکیل تراشه وجود دارد که در نتیجه فرآیند تغییر شکل پلاستیک به طور دوره ای پایداری خود را از دست می دهد و مرز بیرونی ناحیه پلاستیکی اعوجاج های موضعی دریافت می کند و دندانه های مشخصه در مرز خارجی تشکیل می شوند. از تراشه

T^- \ : "جی

معرفی

برنج. 7. کانتور ناحیه تشکیل تراشه که با مطالعه برش آزاد با کمک فیلمبرداری ایجاد شده است.

برنج. 8. میکروگراف منطقه تشکیل تراشه هنگام برش فولاد با سرعت کم. میکروگراف مرزهای اولیه و نهایی منطقه تشکیل تراشه را مشخص می کند. (بزرگنمایی 100 برابر)

بنابراین، ما فقط می توانیم در مورد میانگین موقعیت احتمالی مرزهای منطقه تشکیل تراشه و میانگین توزیع احتمالی تغییر شکل های پلاستیکی در داخل منطقه تشکیل تراشه صحبت کنیم.

تعیین دقیق وضعیت تنش و تغییر شکل ناحیه پلاستیک با روش مکانیک پلاستیک مشکلات زیادی را به همراه دارد. مرزهای ناحیه پلاستیکی داده نشده است و خودشان باید تعیین شوند. اجزای تنش در ناحیه پلاستیک به طور نامتناسبی با یکدیگر تغییر می کنند، به عنوان مثال. تغییر شکل های پلاستیکی لایه بریده شده در مورد بارگذاری ساده اعمال نمی شود.

همه روش های مدرنمحاسبات برای عملیات برش بر اساس مطالعات تجربی ساخته شده است. کاملترین روشهای تجربی در ارائه شده است. هنگام مطالعه فرآیند تشکیل تراشه، اندازه و شکل ناحیه تغییر شکل، از روش‌های تجربی مختلفی استفاده می‌شود. با توجه به V.F. Bobrov، طبقه بندی زیر ارائه شده است:

روش مشاهده بصریسمت جانبی نمونه که تحت برش آزاد قرار می گیرد صیقل داده می شود یا یک شبکه بزرگ مربعی روی آن اعمال می شود. هنگام برش با سرعت کم، اعوجاج شبکه، کدر شدن و چروک شدن سطح صیقلی نمونه را می توان برای قضاوت در مورد اندازه و شکل ناحیه تغییر شکل و ایجاد یک ایده خارجی از چگونگی لایه برش پس از برش استفاده کرد.

معرفی17

به تدریج به تراشه تبدیل می شود. این روش برای برش با سرعت های بسیار کم، نه بیش از 0.2 - 0.3 متر در دقیقه مناسب است و فقط یک ایده کیفی از فرآیند تشکیل تراشه می دهد.

روش فیلمبرداری با سرعت بالا.هنگام عکاسی با فرکانس حدود 10000 فریم در ثانیه نتایج خوبی به دست می‌دهد و به شما امکان می‌دهد ویژگی‌های فرآیند تشکیل تراشه را در سرعت‌های برش عملاً مورد استفاده پیدا کنید.

روش شبکه تقسیم.این مبتنی بر اعمال یک شبکه تقسیم مربع دقیق با اندازه سلول های 0.05 - 0.15 میلی متر است. شبکه تقسیم به روش های مختلفی اعمال می شود: نورد جوهر، اچ، رسوب در خلاء، چاپ روی صفحه، خراش و غیره. دقیق ترین و به روشی سادهخراشیدن با یک فرورفتگی الماسی روی دستگاه PMTZ برای اندازه گیری ریزسختی یا روی یک میکروسکوپ جهانی است. برای به دست آوردن یک منطقه تغییر شکل بدون تغییر شکل مربوط به مرحله خاصی از تشکیل تراشه، از دستگاه های خاصی برای متوقف کردن "فوری" فرآیند برش استفاده می شود که در آن برش توسط یک فنر قوی یا انرژی انفجار بار پودری از زیر تراشه بیرون کشیده می شود. بر روی ریشه تراشه حاصل، با استفاده از یک میکروسکوپ ابزاری، ابعاد سلول های شبکه تقسیم که در نتیجه تغییر شکل تغییر شکل داده اند اندازه گیری می شود. با استفاده از دستگاه نظریه ریاضیپلاستیسیته، اندازه شبکه تقسیم تحریف شده را می توان برای تعیین نوع حالت تغییر شکل، اندازه و شکل ناحیه تغییر شکل، شدت تغییر شکل در نقاط مختلف منطقه تغییر شکل، و سایر پارامترهایی که به طور کمی فرآیند را مشخص می کند، استفاده کرد. تشکیل تراشه

روش متالوگرافیریشه تراشه ای که با کمک دستگاهی برای توقف برش "فوری" به دست می آید، بریده می شود، کناره آن به دقت صیقل داده می شود و سپس با معرف مناسب حک می شود. ریزبرش حاصل از ریشه تراشه در زیر میکروسکوپ با بزرگنمایی 25-200 برابر بررسی می شود یا یک میکروگراف گرفته می شود. تغییر ساختار

معرفی

تراشه ها و مناطق تغییر شکل در مقایسه با ساختار یک ماده تغییر شکل نیافته، جهت بافت تغییر شکل، تعیین مرزهای منطقه تغییر شکل و قضاوت در مورد فرآیندهای تغییر شکل رخ داده در آن را امکان پذیر می کند.

روش اندازه گیری میکروسختیاز آنجایی که بین درجه تغییر شکل پلاستیک و سختی ماده تغییر شکل داده شده رابطه مشخصی وجود دارد، اندازه گیری ریزسختی ریشه تراشه ایده غیرمستقیمی از شدت تغییر شکل در حجم های مختلف منطقه تغییر شکل می دهد. برای این، ریزسختی بر روی دستگاه PMT-3 در نقاط مختلف ریشه تراشه اندازه گیری می شود و isoscleres (خطوط سختی ثابت) ساخته می شود که با کمک آنها می توان مقدار تنش های برشی در ناحیه تغییر شکل را تعیین کرد.

روش پلاریزاسیون نوری،یا روش فوتوالاستیسیته بر این اساس است که اجسام همسانگرد شفاف تحت تأثیر نیروهای خارجی ناهمسانگرد می شوند و اگر در نور قطبی شده در نظر گرفته شوند، الگوی تداخل تعیین بزرگی و علامت تنش های عامل را ممکن می کند. روش پلاریزاسیون-اپتیکی برای تعیین تنش ها در ناحیه تغییر شکل به دلایل زیر کاربرد محدودی دارد. مواد شفاف مورد استفاده در برش، خواص فیزیکی و مکانیکی کاملاً متفاوتی نسبت به فلزات فنی - فولادها و چدن ها دارند. این روش مقادیر دقیق تنش های نرمال و برشی را فقط در ناحیه الاستیک به دست می دهد. بنابراین، با استفاده از روش پلاریزاسیون-اپتیکی، تنها می توان یک ایده کیفی و تقریبی از توزیع تنش در ناحیه تغییر شکل به دست آورد.

روش های مکانیکی و رادیوگرافیبرای مطالعه وضعیت لایه سطحی قرار گرفته در زیر سطح تحت درمان استفاده می شود. روش مکانیکی توسعه یافته توسط N.N. Davidenkov برای تعیین تنش های نوع اول استفاده می شود که در ناحیه بدن که بزرگتر از اندازه دانه کریستال است متعادل هستند. روش با

مقدمه 19

سطوح نمونه برش خورده از قسمت ماشین کاری شده، لایه های بسیار نازک مواد به صورت متوالی برداشته می شوند و برای اندازه گیری تغییر شکل نمونه از کرنش سنج استفاده می شود. تغییر ابعاد نمونه منجر به این واقعیت می شود که تحت تأثیر تنش های پسماند نامتعادل و تغییر شکل می یابد. بر اساس کرنش های اندازه گیری شده، می توان بزرگی و علامت تنش های پسماند را قضاوت کرد.

با توجه به مطالب گفته شده، می‌توان نتیجه گرفت که پیچیدگی و کاربرد محدود روش‌های آزمایشی در زمینه مطالعه فرآیندها و قانونمندی‌ها در فرآیندهای برش، به دلیل هزینه بالا، خطاهای اندازه‌گیری زیاد و کمیاب بودن پارامترهای اندازه‌گیری شده است.

نیاز به نگارش مدل های ریاضی است که بتواند جایگزین تحقیقات تجربی در زمینه برش فلز شود و از پایه آزمایشی فقط در مرحله تایید مدل ریاضی استفاده شود. در حال حاضر تعدادی از روش ها برای محاسبه نیروهای برشی استفاده می شود که توسط آزمایشات تایید نمی شوند، اما از آنها استخراج می شوند.

تجزیه و تحلیل فرمول های شناخته شده برای تعیین نیروها و دماهای برش در کار انجام شد که طبق آن اولین فرمول ها در قالب درجات تجربی وابستگی ها برای محاسبه اجزای اصلی نیروهای برش فرم به دست آمد:

p، = c پ f پ sy ک پ

جایی که چهارشنبهجی - ضریب با در نظر گرفتن تأثیر بر قدرت برخی از شرایط دائمی. *ر-عمق برش؛ $^,- تغذیه طولی؛ بهآر- عامل برش تعمیم یافته؛ xyz- شارحان

مقدمه 20

نقطه ضعف اصلی این فرمول عدم ارتباط فیزیکی مشخص با مدل های ریاضی شناخته شده در برش است. دومین عیب تعداد زیاد ضرایب تجربی است.

با توجه به تعمیم داده های تجربی این امکان را فراهم می کند که مشخص شود مماس متوسط روی سطح جلوی ابزار اثر می کند.

ولتاژ qاف = 0.285^، که در آن &بهاستحکام کششی نهایی واقعی است. بر این اساس، A.A. Rozenberg فرمول دیگری را برای محاسبه مولفه اصلی نیروی برش به دست آورد:

(90-y)"cos/

-- їїdG + Sin/

پz=0.28Sکab(2.05Kآ-0,55)

2250QK Qm5(9Q - Y) "

جایی که کومرسانت- عرض لایه برش خورده

عیب این فرمول این است که برای هر خاص است

در مورد محاسبه نیرو، تعریف پارامتر مورد نیاز است بهآ وk $به صورت تجربی که بسیار پر زحمت است. با توجه به آزمایش های متعدد، مشخص شد که هنگام جایگزینی خط برش منحنی با یک خط مستقیم، زاویه درنزدیک به 45 است و بنابراین فرمول به شکل زیر خواهد بود:

dcos در

پz = - "- r + گناه^

tgآرکوس

با توجه به آزمایش‌ها، این معیار را نمی‌توان به‌عنوان یک معیار جهانی و قابل اجرا برای هر حالت تحت فشار اعمال کرد. با این حال، به عنوان پایه در محاسبات مهندسی استفاده می شود.

معیار بیشترین تنش های مماسی.این معیار توسط Tresca برای توصیف شرایط پلاستیسیته پیشنهاد شد، با این حال، می‌تواند به عنوان یک معیار مقاومت برای مواد شکننده نیز استفاده شود. شکست زمانی رخ می دهد که بیشترین تنش برشی باشد

r max = gіr "x ~ ب)به مقدار خاصی می رسد (برای هر ماده خاص خود).

برای آلیاژهای آلومینیوم، این معیار هنگام مقایسه داده های تجربی با داده های محاسبه شده، نتیجه قابل قبولی به دست می دهد. برای سایر مواد، چنین داده‌هایی وجود ندارد؛ بنابراین، کاربرد این معیار را نمی‌توان تأیید یا رد کرد.

نیز وجود دارد معیارهای انرژییکی از اینها فرضیه Huber-Mises-Genka است که بر اساس آن تخریب رخ می دهد / زمانی که انرژی خاص تغییر شکل به یک مقدار حدی خاص برسد.

معرفی23

چنیا این معیار تایید تجربی رضایت بخشی برای فلزات و آلیاژهای ساختاری مختلف دریافت کرده است. دشواری اعمال این معیار در تعیین تجربی مقدار محدود کننده نهفته است.

معیارهای استحکام موادی که به طور نابرابر در برابر کشش و فشار مقاوم هستند شامل معیار شلیچر، بالاندین، میرولیوبوف، یاگن است. معایب شامل پیچیدگی کاربرد و تأیید ضعیف توسط تأیید آزمایشی است.

لازم به ذکر است که هیچ مفهوم واحدی برای مکانیسم های تخریب و همچنین یک معیار جهانی تخریب وجود ندارد که با آن بتوان به طور واضح در مورد روند تخریب قضاوت کرد. در حال حاضر، ما می توانیم در مورد توسعه نظری خوب فقط بسیاری از موارد خاص و تلاش برای تعمیم آنها صحبت کنیم. استفاده عملیدر محاسبات مهندسی بسیاری از مدل های مدرنتخریب هنوز در دسترس نیست

تجزیه و تحلیل رویکردهای فوق برای توصیف نظریه جدایی به ما امکان می دهد ویژگی های مشخصه زیر را شناسایی کنیم:

رویکردهای موجود برای توصیف فرآیندهای تخریب در مرحله شروع فرآیند تخریب و هنگام حل مسائل در تقریب اول قابل قبول است.

مدل فرآیند باید بر اساس توصیف فیزیک فرآیند برش باشد و نه بر اساس داده های تجربی آماری.

به جای روابط تئوری خطی کشش، لازم است از روابط غیرخطی فیزیکی استفاده شود که تغییرات شکل و حجم بدن تحت تغییر شکل های بزرگ را در نظر بگیرد.

روش‌های تجربی می‌توانند بدون ابهام اطلاعاتی را ارائه دهند

معرفی

اطلاعاتی در مورد رفتار مکانیکی مواد در محدوده معینی از دماها و پارامترهای فرآیند برش.

بر اساس موارد فوق، هدف اصلی کارایجاد یک مدل ریاضی جداسازی است که بر اساس روابط سازنده جهانی، امکان در نظر گرفتن تمام مراحل فرآیند، از مرحله تغییر شکل الاستیک و پایان دادن به مرحله جداسازی تراشه و قطعه کار را فراهم می‌کند. برای بررسی الگوهای فرآیند حذف تراشه.

در فصل اولپایان نامه یک مدل ریاضی از تغییر شکل محدود، فرضیه های اصلی مدل شکست را ارائه می دهد. مشکل برش متعامد مطرح شده است.

در فصل دومدر چارچوب تئوری توضیح داده شده در فصل اول، یک مدل المان محدود از فرآیند برش ساخته شده است. تحلیلی از مکانیسم‌های اصطکاک و تخریب در رابطه با مدل اجزای محدود ارائه شده است. آزمایش جامع الگوریتم های به دست آمده انجام شده است.

در فصل سومفرمول فیزیکی و ریاضی مسئله تکنولوژیکی حذف تراشه ها از یک نمونه شرح داده شده است. مکانیسم مدل‌سازی فرآیند و اجرای اجزای محدود آن به تفصیل شرح داده شده است. تجزیه و تحلیل مقایسه ای داده های به دست آمده با مطالعات تجربی انجام می شود، نتیجه گیری در مورد کاربردی بودن مدل استخراج می شود.

مفاد اصلی و نتایج کار در کنفرانس علمی همه روسیه گزارش شد " مسائل معاصرریاضیات، مکانیک و انفورماتیک "(تولا، 2002)، و همچنین در مدرسه زمستانی مکانیک پیوسته (پرم، 2003)، در کنفرانس علمی بین المللی "مسائل مدرن ریاضیات، مکانیک و انفورماتیک" (g. . Tula، 2003) ، در کنفرانس علمی و عملی "دانشمندان جوان مرکز روسیه" (تولا، 2003).

روابط سازنده برای فرآیندهای تغییر شکل محدود الاستیک-پلاستیک

برای فردی کردن نقاط محیط، برای t اولیه - در مورد یک پیکربندی ثابت، به اصطلاح محاسبه شده (KQ)، یک سیستم مختصات دلخواه 0 مشتق می شود، که با کمک آن به هر ذره یک عدد سه گانه اختصاص می یابد (J ,2,3) به این ذره "تخصیص داده شده" و در تمام مدت حرکت بدون تغییر است. سیستم 0 معرفی شده در پیکربندی مرجع، همراه با پایه =-r (/ = 1،2،3) سیستم مختصات لاگرانژی ثابت نامیده می شود. توجه داشته باشید که مختصات ذرات در لحظه اولیه زمان در چارچوب مرجع را می توان به عنوان مختصات ماده انتخاب کرد. لازم به ذکر است که هنگام در نظر گرفتن فرآیندهای تغییر شکل یک محیط با خواص وابسته به تاریخچه تغییر شکل، صرف نظر از متغیرهای ماده یا مکانی مورد استفاده، از دو سیستم مختصات استفاده می شود - یکی لاگرانژی و اویلر.

همانطور که می دانید، بروز تنش ها در بدن با تغییر شکل الیاف مواد ایجاد می شود، یعنی. تغییر در طول ها و موقعیت های نسبی آنها، بنابراین مشکل اصلی حل شده در نظریه هندسی غیرخطی تغییر شکل ها، تقسیم حرکت محیط به انتقالی و "تغییر شکل محض" و نشان دادن معیارهایی برای توصیف آنها است. لازم به ذکر است که چنین نمایشی بدون ابهام نیست و می توان چندین رویکرد را برای توصیف رسانه نشان داد که در آن تقسیم حرکت به یک "شبه صلب" قابل حمل و یک "تغییر شکل" نسبی در موارد مختلف انجام می شود. راه ها. به طور خاص، در تعدادی از مقالات، حرکت تغییر شکل به عنوان حرکت همسایگی یک ذره مادی با توجه به پایه لاگرانژی متحرک ek درک می شود. در مقالات، به عنوان یک حرکت تغییر شکل، حرکت نسبت به یک پایه صلب در نظر گرفته می شود که حرکت انتقالی آن توسط تانسور چرخشی تعیین می شود که محورهای اصلی اقدامات اعوجاج چپ و راست را به هم متصل می کند. در این کار، تقسیم حرکت همسایگی یک ذره مادی M (شکل 1.1) به انتقالی و تغییر شکل یافته بر اساس نمایش طبیعی گرادیان سرعت در قالب یک قسمت متقارن و ضد متقارن است. در این حالت، سرعت تغییر شکل به عنوان سرعت نسبی ذره نسبت به سه ضلعی متعامد صلب پایه گرداب تعریف می شود که چرخش آن توسط تانسور گرداب Q مشخص می شود. لازم به ذکر است که در حالت کلی حرکت متوسط ، محورهای اصلی تانسور W از الیاف مواد مختلف عبور می کند. با این حال، همانطور که در نشان داده شده است، برای فرآیندهای بارگذاری ساده و شبه ساده در محدوده واقعی تغییر شکل‌ها، مطالعه حرکت تغییر شکل در پایه گرداب بسیار رضایت‌بخش به نظر می‌رسد. در عین حال، هنگام ساخت روابطی که فرآیند تغییر شکل محدود یک محیط را توصیف می‌کنند، انتخاب معیارها باید تعدادی از معیارهای طبیعی را برآورده کند: 1) اندازه‌گیری تغییر شکل باید با اندازه‌گیری تنش از طریق بیان موارد ابتدایی همراه باشد. کار کردن 2) چرخش یک عنصر مادی به عنوان یک جسم کاملاً صلب نباید منجر به تغییر در معیارهای تغییر شکل و مشتقات زمانی آنها شود - خاصیت عینیت مادی. 3) هنگام تمایز معیارها، خاصیت تقارن و شرایط جداسازی فرآیندهای تغییر شکل و تغییر حجم باید حفظ شود. آخرین نیاز بسیار مطلوب است.

همانطور که تجزیه و تحلیل نشان می دهد، استفاده از اقدامات فوق برای توصیف فرآیند تغییر شکل نهایی، به عنوان یک قاعده، منجر به صحت ناکافی در توصیف تغییر شکل یا به یک روش بسیار پیچیده برای محاسبه آنها می شود.

برای تعیین انحنا و پیچش مسیر، از متغیرهای ثابت استفاده می شود

تانسورهای W "، که مشتقات جاومن مرتبه n از انحراف نرخ کرنش هستند، همانطور که در نشان داده شده است. آنها را می توان از ارزش شناخته شدهتانسور متریک و مشتقات اجزای آن در لحظه در نظر گرفته شده از زمان. در نتیجه، مقادیر انحنا و پیچش، برخلاف متغیرهای دوم و سوم معیار عملکردی تغییر شکل H، به ماهیت تغییر متریک در کل بازه بستگی ندارد. نسبت فرض کلی همسانگردی در شکل (1.21) نقطه شروع برای ساخت مدل های خاص اجسام با تغییر شکل محدود و توجیه تجربی آنها است. تعمیم روابط شناخته شده برای کرنش های کوچک با عبور از معیارهای کرنش و بارگذاری پیشنهادی، طبیعی به نظر می رسد. توجه داشته باشید که از آنجایی که در مسائل مطالعه فرآیند تغییر شکل یک محیط، به طور معمول از عبارت سرعت استفاده می شود، بنابراین همه روابط بر حسب نرخ تغییر پارامترهای اسکالر و تانسوری که رفتار محیط را توصیف می کنند، تشکیل می شود. متوسط. در این حالت، سرعت بردارهای کرنش و بارگذاری مطابق با مشتقات جاومن تانسورها و انحرافات نسبی است.

ساخت مدلی برای وارد کردن گوه صلب به بدنه نیمه نامتناهی الاستیک-پلاستیکی

در حال حاضر هیچ روش تحلیلی برای حل مشکلات مربوط به عملیات جداسازی وجود ندارد. روش خط لغزشی به طور گسترده برای عملیات هایی مانند جاگذاری گوه یا براده برداری استفاده می شود. با این حال، راه حل های به دست آمده با استفاده از این روش قادر به توصیف کیفی روند فرآیند نیستند. قابل قبول تر، استفاده از روش های عددی مبتنی بر اصول تغییرات لاگرانژ و ژوردین است. روش های تقریبی موجود برای حل مسائل ارزش مرزی مکانیک یک جسم جامد تغییر شکل پذیر با جزئیات کافی در تک نگاری ها شرح داده شده است.

مطابق با مفهوم اصلی FEM، کل حجم محیط تغییر شکل پذیر به تعداد محدودی از عناصر تقسیم می شود که در نقاط گرهی با یکدیگر در تماس هستند. حرکت ترکیبی این عناصر حرکت یک محیط تغییر شکل پذیر را شبیه سازی می کند. در عین حال، در هر عنصر، سیستم ویژگی هایی که حرکت را توصیف می کند توسط یک یا سیستم دیگری از توابع تعیین شده توسط نوع عنصر انتخاب شده تقریب می شود. در این حالت مجهولات اصلی جابجایی نقاط گرهی عنصر است.

استفاده از یک عنصر سیمپلکس تا حد زیادی روش ساخت یک نمایش المان محدود از رابطه (2.5) را ساده می کند، زیرا به فرد اجازه می دهد تا از عملیات ساده تر ادغام یک نقطه ای بر روی حجم یک عنصر استفاده کند. در عین حال، از آنجایی که الزامات کامل بودن و پیوستگی برای تقریب انتخاب شده برآورده می شود، درجه کفایت لازم مدل المان محدود به یک "سیستم پیوسته" - بدنه قابل تغییر شکل به سادگی با افزایش تعداد عناصر محدود به دست می آید. کاهش مربوطه در اندازه آنها. تعداد زیادی ازعناصر به مقدار زیادی حافظه نیاز دارند و حتی زمان بیشتری برای پردازش این اطلاعات صرف می شود، تعداد کمی راه حل با کیفیت بالا ارائه نمی دهد. تعیین تعداد بهینه عناصر یکی از وظایف اولیه در محاسبات است.

بر خلاف سایر روش های مورد استفاده، روش بارگذاری متوالی معنای فیزیکی خاصی دارد، زیرا در هر مرحله پاسخ سیستم به افزایش بار همانطور که در فرآیند واقعی انجام می شود در نظر گرفته می شود. بنابراین، این روش امکان به دست آوردن اطلاعات بسیار بیشتری را در مورد رفتار بدنه نسبت به مقدار جابجایی ها برای یک سیستم معین از بارها فراهم می کند. زیرا به طور طبیعیمجموعه کاملی از راه حل های مربوط به بخشهای مختلفبارگذاری، بررسی حالت های میانی از نظر پایداری و در صورت لزوم انجام اصلاحات مناسب در رویه برای تعیین نقاط انشعاب و یافتن ادامه های احتمالی فرآیند ممکن می شود.

مرحله مقدماتی الگوریتم، تقریب منطقه مورد مطالعه برای زمان t = 0 توسط عناصر محدود است. پیکربندی ناحیه مربوط به لحظه اولیه شناخته شده در نظر گرفته می شود، در حالی که بدنه می تواند در حالت "طبیعی" یا دارای پیش تنیدگی باشد، به عنوان مثال، به دلیل مرحله قبلی پردازش.

در مرحله بعد، بر اساس ماهیت مورد انتظار فرآیند تغییر شکل، نوع نظریه خاصی از پلاستیسیته انتخاب می شود (بخش 1.2). داده‌های پردازش شده آزمایش‌ها بر روی کشش تک محوری نمونه‌های ماده مورد مطالعه، نوع خاصی از روابط سازنده را تشکیل می‌دهند که مطابق با الزامات بند 1.2، از یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای تقریب منحنی آزمایشی استفاده می‌کند. هنگام حل مسئله، نوع خاصی از نظریه پلاستیسیته برای کل حجم مورد مطالعه در طول کل فرآیند بدون تغییر فرض می‌شود. اعتبار انتخاب متعاقباً با انحنای مسیر تغییر شکل که در مشخص‌ترین نقاط بدن محاسبه می‌شود، ارزیابی می‌شود. این رویکرد در مطالعه مدل ها مورد استفاده قرار گرفت فرآیندهای تکنولوژیکیتغییر شکل محدود نمونه های لوله ای در حالت های بارگذاری خارجی ساده یا نزدیک به آن. مطابق با روش ادغام گام به گام انتخاب شده، کل فاصله بارگذاری با توجه به پارامتر t به تعدادی مرحله (مرحله) به اندازه کافی کوچک تقسیم می شود. در ادامه، حل مسئله برای یک مرحله معمولی طبق الگوریتم زیر ساخته شده است. 1. برای منطقه ای که به تازگی از نتایج مرحله قبل تعیین شده است، پیکربندی مساحت مشخصه های متریک فضای تغییر شکل یافته محاسبه می شود. در مرحله اول، پیکربندی منطقه با پیکربندی تعیین شده در t = O مطابقت دارد. 2 ویژگی های الاستوپلاستیک ماده برای هر عنصر مطابق با حالت تنش-کرنش مربوط به پایان مرحله قبل تعیین می شود. 3. یک ماتریس سفتی محلی و بردار نیروی عنصر تشکیل می شود. 4. شرایط مرزی سینماتیک بر روی سطوح تماس تنظیم می شود. با شکل دلخواه سطح تماس، روش شناخته شده برای انتقال به سیستم مختصات محلی استفاده می شود. 5. ماتریس سختی جهانی سیستم و بردار نیروی مربوطه تشکیل می شود. 6. سیستم معادلات جبری حل می شود، ستون برداری سرعت جابجایی گره ها تعیین می شود. 7. مشخصات حالت تنش-کرنش لحظه ای تعیین می شود، تانسورهای نرخ کرنش W، گرداب C1، سرعت تغییر حجم 0 محاسبه می شود، انحنای مسیر تغییر شکل X 8 محاسبه می شود. میدان های سرعت. از تانسورهای تنش و کرنش یکپارچه شده است، یک پیکربندی جدید از منطقه تعیین می شود. نوع حالت تنش-کرنش، ناحیه تغییر شکل الاستیک و پلاستیک تعیین می شود. 9. سطح بدست آمده از نیروهای خارجی تعیین می شود. 10. کنترل تحقق شرایط تعادل انجام می شود، بردارهای باقیمانده محاسبه می شوند. هنگامی که طرح بدون تکرارهای اصلاح شده اجرا می شود، انتقال به مرحله 1 بلافاصله انجام می شود.

عوامل موثر بر فرآیند تشکیل تراشه

فرآیند تشکیل تراشه هنگام برش فلزات، تغییر شکل پلاستیکی است که با تخریب احتمالی لایه بریده شده، در نتیجه لایه بریده شده به تراشه تبدیل می شود. فرآیند تشکیل تراشه تا حد زیادی فرآیند برش را تعیین می کند: میزان نیروی برش، مقدار حرارت تولید شده، دقت و کیفیت سطح حاصل، سایش ابزار. برخی از عوامل تأثیر مستقیمی بر روند تشکیل تراشه دارند، برخی دیگر - به طور غیرمستقیم، از طریق عواملی که مستقیماً تأثیر می گذارند. تقریباً همه عوامل به طور غیرمستقیم تأثیر می گذارند و این باعث زنجیره کاملی از پدیده های مرتبط با یکدیگر می شود.

طبق گفته ها، تنها چهار عامل تاثیر مستقیم بر فرآیند تشکیل تراشه در برش مستطیلی دارند: زاویه عمل، زاویه چنگک ابزار، سرعت برش و خواص مواد. همه عوامل دیگر به طور غیرمستقیم تأثیر می گذارند. برای شناسایی این وابستگی ها، فرآیند برش مستطیلی آزاد مواد بر روی یک سطح صاف انتخاب شد.قطعه کار توسط خط جداسازی پیشنهادی GA به دو قسمت تقسیم می شود، لایه بالایی تراشه آینده است، ضخامت لایه است. حذف شده o است، قطعه کار باقی مانده h ضخیم است. نقطه M - حداکثر نقطه رسیدن به نوک کاتر در حین وارد کردن، مسیر طی شده توسط کاتر - S عرض نمونه محدود و برابر با b است. مدل فرآیند برش را در نظر بگیرید (شکل 3.1.) با توجه به اینکه در لحظه اولیه زمان، نمونه بدون تغییر شکل، سالم و بدون بریدگی است. یک قطعه کار از دو سطح که توسط یک لایه بسیار نازک AG به ضخامت 8.a به هم متصل شده اند، که در آن a ضخامت تراشه ای است که برداشته می شود. AG - خط تقسیم پیشنهادی (شکل 3.1.). هنگامی که کاتر حرکت می کند، تماس بر روی دو سطح ابزار برش ایجاد می شود. در لحظه اولیه زمان، تخریب رخ نمی دهد - معرفی برش بدون تخریب. یک ماده همسانگرد الاستیک-پلاستیک به عنوان ماده اصلی استفاده می شود. محاسبات هم مواد انعطاف پذیر (توانایی یک ماده برای به دست آوردن تغییر شکل های باقیمانده بزرگ بدون شکستن) و هم ترد (قابلیت شکستن یک ماده بدون تغییر شکل پلاستیکی قابل توجه) را در نظر گرفتند. اساس یک حالت برش کم سرعت بود که در آن، طبق قانون، وقوع پدیده های راکد در سطح جلویی حذف می شود. ویژگی دیگر تولید حرارت کم در حین برش است که بر تغییر خصوصیات فیزیکی مواد و در نتیجه فرآیند برش و ارزش نیروهای برش تاثیری ندارد. بنابراین، مطالعه ی فرآیند برش یک لایه برش که توسط پدیده های اضافی پیچیده نمی شود، هم به صورت عددی و هم تجربی امکان پذیر می شود.

مطابق با فصل 2، فرآیند اجزای محدود حل یک مشکل برش شبه استاتیک با بارگذاری مرحله‌ای نمونه، در مورد برش، با حرکت کوچک کاتر در جهت نمونه انجام می‌شود. مشکل با کار سینماتیک حرکت بر روی کاتر حل می شود، زیرا سرعت برش مشخص است و نیروی برش ناشناخته است و یک کمیت تعیین شده است. برای حل این مشکل، متخصص بسته نرم افزاری Wind2D، قادر به حل سه کار - ارائه نتایج تایید کننده اعتبار محاسبات به دست آمده، محاسبه مسائل تست برای توجیه اعتبار مدل ساخته شده، داشتن توانایی طراحی و حل یک مشکل تکنولوژیکی.

برای حل این مشکلات، مدلی از ساخت مدولار از مجموعه انتخاب شد که شامل یک پوسته مشترک به عنوان یک عنصر متحد کننده قادر به مدیریت اتصال ماژول های مختلف است. تنها ماژول عمیقا یکپارچه بلوک تجسم نتایج بود. ماژول های باقی مانده به دو دسته تقسیم می شوند: مسائل و مدل های ریاضی. منحصر به فرد بودن مدل ریاضی مجاز نیست. در پروژه اصلی، سه عنصر برای دو نوع مختلف وجود دارد. هر کار همچنین یک ماژول است که با سه رویه با مدل ریاضی مرتبط است و با یک رویه فراخوانی یک ماژول با پوسته همراه است، بنابراین ادغام یک ماژول جدید به درج چهار خط در پروژه و کامپایل مجدد خلاصه می شود. زبان سطح بالا Borland Delphi 6.0 به عنوان ابزار پیاده سازی انتخاب شده است که همه چیز لازم برای حل کار را در مدت زمان محدود دارد. در هر کار، می توان از مش های المان محدود ساخته شده به طور خودکار استفاده کرد، یا از مش های آماده شده ویژه با استفاده از بسته AnSYS 5.5.3 و ذخیره شده در قالب متن استفاده کرد. تمام مرزها را می توان به دو نوع تقسیم کرد: پویا (جایی که گره ها از مرحله به مرحله تغییر می کنند) و استاتیک (ثابت در طول محاسبه). مشکل ترین در مدل سازی مرزهای پویا هستند، اگر روند جداسازی توسط گره ها را ردیابی کنیم، آنگاه وقتی معیار تخریب در گره متعلق به مرز Ol به دست می آید، ارتباط بین عناصری که این گره به آن تعلق دارد با کپی کردن آن قطع می شود. گره - اضافه کردن یک عدد جدید برای عناصر واقع در زیر خط تقسیم. یک گره به J- و و دیگری 1 iz اختصاص داده شده است (شکل 3.10). سپس از 1 و گره به C و سپس به C می رود. گره اختصاص داده شده به A p بلافاصله یا پس از چندین مرحله به سطح انسیزور برخورد می کند و به C می رود که به دو دلیل می توان آن را جدا کرد: رسیدن به معیار جدا شدن. یا با رسیدن به نقطه B، اگر یک چیپ شکن در هنگام حل یک کار معین تعریف شده باشد. در مرحله بعد، گره به G9 می رود اگر گره جلوی آن از قبل جدا شده باشد.

مقایسه مقادیر تجربی و محاسبه شده نیروهای برش

همانطور که قبلا ذکر شد، کار از یک روش بارگذاری گام به گام استفاده می کند که ماهیت آن تقسیم کل مسیر پیشروی گوه به بخش های کوچک با طول مساوی است. برای افزایش دقت و سرعت محاسبات، به جای مراحل بسیار کوچک، از روش تکراری برای کاهش اندازه گام مورد نیاز برای توصیف دقیق مشکل تماس در هنگام استفاده از روش اجزای محدود استفاده شد. هم شرایط هندسی برای گره ها و هم شرایط تغییر شکل برای عناصر محدود بررسی می شوند.

این فرآیند بر اساس بررسی تمام معیارها و تعیین کوچکترین ضریب کاهش گام است که پس از آن مرحله مجدداً محاسبه می شود و به همین ترتیب تا زمانی که K 0.99 شود. برخی از معیارها در تعدادی از کارها ممکن است درگیر نباشند، همه معیارها در زیر توضیح داده شده است (شکل ZLO): 1. ممنوعیت نفوذ مواد به بدنه کاتر با بررسی تمام گره ها از i حاصل می شود. \ L 9 "! 12 تا تقاطع مرز سطح برش جلو. با فرض خطی بودن حرکت در یک پله، نقطه تماس بین سطح و گره پیدا می شود و ضریب کاهش اندازه پله تعیین می شود. مرحله در حال محاسبه مجدد است. 2. عناصری که از نقطه تسلیم در یک مرحله معین عبور کرده اند، شناسایی می شوند، یک ضریب کاهش برای مرحله تعیین می شود به طوری که فقط چند عنصر از حد "گذر" کنند. مرحله در حال محاسبه مجدد است. 3. گره هایی از یک منطقه خاص متعلق به خط بخش GA شناسایی می شوند که از مقدار معیار تخریب در این مرحله فراتر رفته است. یک ضریب کاهش گام به گونه ای تعیین می شود که تنها یک گره از مقدار معیار شکست فراتر رود. مرحله در حال محاسبه مجدد است. فصل 3. مدل سازی ریاضی فرآیند برش 4. ممنوعیت نفوذ مواد به بدنه کاتر از طریق سطح برش عقب برای گره های A 6، در صورتی که این مرز ثابت نباشد. 5. برای گره های 1 8، شرط جدا شدن و انتقال به CC در نقطه B را می توان در صورتی که شرط برای استفاده در محاسبه چیپ شکن انتخاب شود، تنظیم کرد. 6. اگر تغییر شکل در حداقل یک عنصر بیش از 25٪ بیشتر شود، اندازه گام تا حد 25٪ تغییر شکل کاهش می یابد. مرحله در حال محاسبه مجدد است. 7. حداقل ضریب کاهش پله تعیین می شود و اگر کمتر از 0.99 باشد، گام دوباره محاسبه می شود، در غیر این صورت انتقال به شرایط بعدی. 8. مرحله اول بدون اصطکاک در نظر گرفته می شود. پس از محاسبه، جهت حرکت گره های متعلق به A 8 و C پیدا می شود، اصطکاک اضافه می شود و گام دوباره محاسبه می شود، جهت نیروی اصطکاک در ذخیره می شود. ورودی جداگانه. اگر گام با اصطکاک محاسبه شود، بررسی می شود که آیا جهت حرکت گره هایی که تحت تأثیر نیروی اصطکاک هستند تغییر کرده است یا خیر. اگر تغییر کرده باشد، این گره ها به طور محکم روی سطح برش جلو ثابت می شوند. مرحله در حال محاسبه مجدد است. 9. اگر انتقال به مرحله بعدی انجام شود، و نه محاسبه مجدد، آنگاه گره های نزدیک به سطح برش جلو ثابت می شوند - انتقال گره ها از i 12 به A 8 10. اگر انتقال به مرحله بعدی انجام شود، و نه محاسبه مجدد، سپس برای گره های متعلق به 1 8، نیروهای برش محاسبه می شود، و اگر منفی باشند، مونتاژ برای امکان جدا شدن بررسی می شود، یعنی. جداسازی فقط در صورتی انجام می شود که بالاترین باشد. 11. اگر انتقال به مرحله بعدی انجام شود، و نه محاسبه مجدد، آنگاه گره متعلق به AG تشخیص داده می شود که در این مرحله با یک مقدار قابل قبول (کوچک) از مقدار معیار تخریب فراتر رفته است. روشن کردن مکانیسم جداسازی: به جای یک گره، دو گره ایجاد می شود، یکی متعلق به - و دیگری 1 іz. شماره گذاری مجدد گره های بدنه طبق یک الگوریتم خاص. به مرحله بعد برو.

اجرای نهایی معیارهای (1-11) هم از نظر پیچیدگی و هم در احتمال وقوع آنها و سهم واقعی در بهبود نتایج محاسبات متفاوت است. معیار (1) اغلب هنگام استفاده از تعداد کمی پله در محاسبه رخ می دهد و به ندرت هنگامی که تعداد زیادی پله در همان عمق برش استفاده می شود. با این حال، این معیار به گره‌ها اجازه نمی‌دهد تا به داخل انسیزور "از طریق" بیفتند و منجر به نتایج نادرست شوند. با توجه به معیار (9)، گره ها در مرحله انتقال به مرحله بعدی ثابت می شوند و نه با چندین محاسبه مجدد.

اجرای معیار (2) شامل مقایسه مقادیر شدت تنش قدیمی و جدید برای همه عناصر و تعیین عنصر با مقدار حداکثر شدت است. این معیار امکان افزایش اندازه گام را فراهم می کند و در نتیجه نه تنها سرعت محاسبه را افزایش می دهد، بلکه خطای ناشی از انتقال جرم عناصر از ناحیه الاستیک به پلاستیک را کاهش می دهد. به همین ترتیب با معیار (4).

برای مطالعه یک فرآیند برش تمیز، بدون تأثیر افزایش شدید دما در سطح برهمکنش و در نمونه، که در آن یک تراشه پیوسته تشکیل شده است، بدون ایجاد تجمع بر روی سطح برش، سرعت برش سفارش 0.33 میلی متر بر ثانیه مورد نیاز است. با در نظر گرفتن این سرعت به عنوان حداکثر، دریافتیم که برای پیشبرد کاتر به میزان 1 میلی متر، لازم است 30 مرحله محاسبه شود (با فرض فاصله زمانی 0.1 - که بهترین پایداری فرآیند را فراهم می کند). هنگام محاسبه، با استفاده از مدل آزمایشی، با معرفی یک برش 1 میلی متری، با در نظر گرفتن معیارهای توصیف شده قبلی و بدون در نظر گرفتن اصطکاک، به جای 30 مرحله، 190 مرحله به دست آمد که این به دلیل کاهش است. در ارزش مرحله پیشروی اما با توجه به تکراری بودن فرآیند، در واقع 419 مرحله محاسبه شد. این اختلاف به دلیل اندازه گام بسیار بزرگ است که به دلیل تکراری بودن معیارها منجر به کاهش چند برابری اندازه گام می شود. بنابراین. با افزایش اولیه تعداد مراحل به 100 به جای 30 مرحله، تعداد مراحل محاسبه شده 344 است. افزایش بیشتر در تعداد به 150 منجر به افزایش تعداد مراحل محاسبه شده به 390 و در نتیجه افزایش در زمان محاسبه بر این اساس، می توان فرض کرد که تعداد بهینه مراحل، هنگام مدل سازی فرآیند حذف تراشه، 100 مرحله در هر میلی متر ورودی، با یک پارتیشن شبکه ناهموار با تعداد عناصر 600-1200 است. در عین حال تعداد واقعی پله ها بدون احتساب اصطکاک حداقل 340 در 1 میلی متر و با احتساب اصطکاک حداقل 600 پله خواهد بود.

"MECHANICS UDC: 539.3 A.N. شیپاچف، اس.ا. Zelepugin شبیه سازی عددی فرآیندهای متعامد با سرعت بالا...»

بولتن دانشگاه دولتی تامسک

2009 ریاضیات و مکانیک شماره 2 (6)

مکانیک

A.N. شیپاچف، اس.ا. Zelepugin

شبیه سازی عددی فرآیندها

برای برش متعامد با سرعت بالا فلزات 1

فرآیندهای برش متعامد با سرعت بالا فلزات به روش اجزای محدود در چارچوب یک مدل الاستیک-پلاستیکی از محیط در محدوده سرعت برش 1-200 متر بر ثانیه به صورت عددی مورد مطالعه قرار می‌گیرند. مقدار محدود کننده انرژی ویژه تغییر شکل های برشی به عنوان معیاری برای جداسازی براده ها استفاده شد. لزوم استفاده از یک معیار اضافی برای تشکیل تراشه آشکار می‌شود، که به عنوان مقدار محدودکننده حجم ویژه آسیب‌های ریز پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه: برش با سرعت بالا، شبیه سازی عددی، روش اجزای محدود.

از نقطه نظر فیزیکی، فرآیند برش مواد فرآیندی از تغییر شکل و تخریب شدید پلاستیک است که با اصطکاک براده در سطح جلویی کاتر و اصطکاک سطح پشتی ابزار روی سطح برش همراه است که تحت شرایطی اتفاق می‌افتد. فشارهای بالا و سرعت لغزش انرژی مکانیکی صرف شده در این فرآیند به انرژی حرارتی تبدیل می شود که به نوبه خود تأثیر زیادی بر الگوهای تغییر شکل لایه برش، نیروهای برش، سایش و عمر ابزار دارد.

محصولات مهندسی مکانیک مدرن با استفاده از مواد با استحکام بالا و برش سخت، افزایش شدید الزامات برای دقت و کیفیت محصولات، و پیچیدگی قابل توجه اشکال ساختاری قطعات ماشین آلات به دست آمده از برش مشخص می شود. . بنابراین، فرآیند ماشینکاری نیاز به بهبود مستمر دارد. در حال حاضر یکی از جهت های امیدوار کنندهچنین بهبودی پردازش با سرعت بالا است.

در ادبیات علمی، مطالعات نظری و تجربی در مورد فرآیندهای برش با سرعت بالا مواد به شدت ناکافی ارائه شده است. نمونه های جداگانه ای از مطالعات تجربی و نظری در مورد تأثیر دما بر ویژگی های مقاومت یک ماده در فرآیند برش با سرعت بالا وجود دارد. از نظر نظری، مسئله مواد برش بیشترین پیشرفت را در ایجاد تعدادی مدل تحلیلی برش متعامد داشته است. با این حال، پیچیدگی مشکل و نیاز به توضیح کامل تر از خواص مواد، اثرات حرارتی و اینرسی منجر به کار شد. 08-99059)، وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه در چارچوب AVCP «توسعه توان علمی آموزش عالی» (پروژه 2.1.1/5993).

110 A.N. شیپاچف، اس.ا. Zelepugin از روش‌های عددی استفاده می‌کند که در رابطه با مسئله مورد بررسی، روش اجزای محدود بیشترین کاربرد را دارد.

– – –

با استفاده از معادله حالت از نوع Mie-Grüneisen محاسبه می شود که در آن ضرایب بر اساس ثابت های a و b شوک هوگونیوت adiabat انتخاب می شوند.

روابط سازنده اجزای انحراف تنش و تانسور نرخ کرنش را به هم متصل کرده و از مشتق جاومن استفاده می کنند. شرط Mises برای توصیف جریان پلاستیک استفاده می شود. وابستگی ویژگی‌های مقاومت محیط (مدول برشی G و استحکام تسلیم دینامیکی) به دما و سطح آسیب به ماده در نظر گرفته می‌شود.

شبیه‌سازی فرآیند جداسازی تراشه از قطعه کار با استفاده از معیار تخریب عناصر طراحی قطعه کار، در حالی که با استفاده از رویکردی شبیه به مدل‌سازی شبیه‌سازی تخریب یک ماده از نوع فرسایش، انجام شد. مقدار محدود انرژی ویژه تغییر شکل های برشی Esh به عنوان معیار شکست - معیار جداسازی تراشه استفاده شد.

مقدار فعلی این انرژی با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

D Esh = Sij ij (5) dt مقدار بحرانی انرژی کرنش برشی خاص به شرایط اندرکنش بستگی دارد و توسط تابع سرعت ضربه اولیه داده می شود.

c Esh = خاکستر + bsh 0، (6) c که در آن خاکستر، bsh ثابت های مادی هستند. هنگامی که Esh Esh در سلول محاسبه است، این سلول از بین رفته و از محاسبه بعدی حذف شده و پارامترهای سلول های همسایه با در نظر گرفتن قوانین حفاظت تنظیم می شوند. اصلاح شامل حذف جرم عنصر تخریب شده از توده گره هایی است که به این عنصر تعلق دارند. اگر در همان زمان جرم هر گره محاسباتی صفر شود، این گره از بین رفته در نظر گرفته می شود و از محاسبه بعدی نیز حذف می شود.

نتایج محاسبات محاسبات برای سرعت های برش از 1 تا 200 متر بر ثانیه انجام شد. ابعاد قسمت کار ابزار: طول لبه بالایی 1.25 میلی متر، ضلع 3.5 میلی متر، زاویه جلو 6 درجه، زاویه پشت 6 درجه است. ورق فولادی در حال ماشینکاری دارای ضخامت 5 میلی متر، طول 50 میلی متر و عمق برش 1 میلی متر بود. مواد قطعه کار فولاد St3 است، ماده قسمت کار ابزار اصلاح متراکم نیترید بور است.

مقادیر زیر ثابت های مواد قطعه کار استفاده شد: 0 = 7850 کیلوگرم بر متر مکعب، a = 4400 متر بر ثانیه، b = 1.55، G0 = 79 گیگا پاسکال، 0 = 1.01 گیگا پاسکال، V1 = 9.2 10-6 متر مکعب بر کیلوگرم ، V2 = 5.7 10-7 m3/kg، Kf = 0.54 m s/kg، Pk = -1.5 GPa، خاکستر = 7 104 J/kg، bsh = 1.6 103 m/s. مواد قسمت کار ابزار با ثابت های 0 = 3400 کیلوگرم بر متر مکعب، K1 = 410 گیگا پاسکال، K2 = K3 = 0، 0 = 0، G0 = 330 گیگا پاسکال مشخص می شود، که در آن K1، K2، K3 ثابت هستند. معادله حالت به شکل Mie – Gruneisen.

نتایج محاسبه فرآیند تشکیل براده در حین حرکت کاتر با سرعت 10 متر بر ثانیه در شکل نشان داده شده است. 1. از محاسبات چنین بر می آید که فرآیند برش با تغییر شکل پلاستیکی شدید قطعه کار در مجاورت نوک برش همراه است که در حین تشکیل تراشه ها منجر به اعوجاج شدید شکل اصلی عناصر طراحی واقع شده می شود. در امتداد خط برش در این کار از عناصر مثلثی خطی استفاده شده است که با استفاده از گام زمانی کوچک لازم در محاسبات، پایداری محاسبات را با تغییر شکل قابل توجه خود تضمین می کنند.

– – –

برنج. شکل 1. شکل تراشه، قطعه کار و قسمت کار ابزار برش در زمان های 1.9 ms (a) و 3.8 ms (ب) زمانی که برش با سرعت 10 متر بر ثانیه حرکت می کند شبیه سازی عددی سرعت بالا. برش متعامد 113 تا تحقق براده های معیار جداسازی. در سرعت های برش 10 متر بر ثانیه و کمتر، مناطقی در نمونه ظاهر می شوند که معیار جداسازی تراشه به موقع کار نمی کند (شکل 1، a)، که نشان دهنده نیاز به اعمال یک معیار اضافی یا جایگزینی مورد استفاده است. معیار با یک معیار جدید

علاوه بر این، نیاز به تنظیم معیار تشکیل تراشه با شکل سطح تراشه نشان داده می شود.

روی انجیر شکل 2 میدان های دما (بر حسب K) و انرژی برشی ویژه (کیلوژول بر کیلوگرم) را با سرعت برش 25 متر بر ثانیه در زمان 1.4 میلی ثانیه پس از شروع برش نشان می دهد. محاسبات نشان می دهد که میدان دما تقریباً با میدان انرژی کرنش برشی خاص یکسان است، که نشان می دهد یک 1520

– – –

برنج. شکل 3. میدان های حجم ویژه ریز آسیب ها (بر حسب سانتی متر مکعب بر گرم) در زمان 1.4 میلی ثانیه که کاتر با سرعت 25 متر بر ثانیه حرکت می کند محیط هایی در محدوده سرعت های برش 1 تا 200 متر بر ثانیه.

بر اساس نتایج محاسبات، مشخص شد که ماهیت توزیع خطوط با سطح انرژی ویژه تغییر شکل‌های برشی و دما در سرعت‌های برش فوق‌العاده با سرعت‌های برش 1 متر بر ثانیه یکسان است. تفاوت های کیفی در حالت می تواند به دلیل ذوب شدن مواد قطعه کار که فقط در یک لایه باریک در تماس با ابزار رخ می دهد و همچنین به دلیل تخریب خواص مقاومتی مواد قسمت کار ابزار رخ می دهد.

یک پارامتر فرآیند شناسایی شده است - حجم ویژه ریز آسیب ها - که مقدار محدود کننده آن می تواند به عنوان یک معیار اضافی یا مستقل برای تشکیل تراشه استفاده شود.

ادبیات

1. پتروشین اس.آی. طراحی بهینه قسمت کار ابزارهای برش // Tomsk: Tom. دانشگاه پلی تکنیک، 1387. 195 ص.

2. Sutter G., Ranc N. میدان های دما در یک تراشه در طول برش متعامد با سرعت بالا - یک بررسی تجربی // Int. J. ماشین ابزار و ساخت. 2007 شماره 47. ص 1507 - 1517.

3. Miguelez H., Zaera R., Rusinek A., Moufki A. and Molinari A. Numerical modeling of orthogonal cutting: Influence of cutting condition and separation criterion, J. Phys. 2006.V.IV. نه 134.

4. Hortig C., Svendsen B. شبیه سازی تشکیل تراشه در طول برش با سرعت بالا // J. فناوری پردازش مواد. 2007 شماره 186. ص 66 - 76.

5. Campbell C.E., Bendersky L.A., Boettinger W.J., Ivester R. مشخصات ریزساختاری تراشه ها و قطعات کاری AlT651 تولید شده توسط ماشینکاری با سرعت بالا // علم مواد و مهندسی A. 2006. No. 430. ص 15 - 26.

6. Zelepugin S.A., Konyaev A.A., Sidorov V.N. و همکاران مطالعه تجربی و نظری برخورد گروهی از ذرات با عناصر حفاظتی فضاپیما // تحقیقات فضایی. 2008. V. 46. شماره 6. S. 559 – 570.

7. Zelepugin S.A., Zelepugin A.S. مدل سازی تخریب موانع در هنگام برخورد با سرعت بالا گروهی از اجسام // فیزیک شیمی. 2008. V. 27. شماره 3. S. 71 – 76.

8. Ivanova O.V., Zelepugin S.A. وضعیت تغییر شکل مشترک اجزای مخلوط در هنگام تراکم موج شوک // بولتن TSU. ریاضی و مکانیک. 1388. شماره 1(5).

9. Kanel G.I., Razorenov S.V., Utkin A.V., Fortov V.E. مطالعات خواص مکانیکی مواد تحت بارگذاری موج شوک // Izvestiya RAN. MTT. 1999. شماره 5. S. 173 - 188.

10. Zelepugin S.A., Shpakov S.S. تخریب کاربید بور مانع دو لایه - آلیاژ تیتانیوم در ضربه با سرعت بالا // Izv. دانشگاه ها. فیزیک. 2008. شماره 8/2. صص 166 - 173.

11. Gorelsky V.A., Zelepugin S.A. استفاده از روش اجزای محدود برای مطالعه برش متعامد فلزات با ابزار STM با در نظر گرفتن اثرات تخریب و دما // مواد فوق سخت. 1995. شماره 5. S. 33 - 38.

اطلاعات در مورد نویسندگان:

شیپاچف الکساندر نیکولاویچ - دانشجوی فوق لیسانس دانشکده فیزیک و فناوری تومسک دانشگاه دولتی. پست الکترونیک: [ایمیل محافظت شده] ZELEPUGIN سرگئی آلکسیویچ - دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، استاد گروه مکانیک جامدات تغییر شکل پذیر دانشکده فیزیک و فناوری دانشگاه دولتی تومسک، محقق ارشد گروه ماکروسینتیک ساختاری مرکز علمی تومسک شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه. پست الکترونیک: [ایمیل محافظت شده], [ایمیل محافظت شده]مقاله برای انتشار در 19 می 2009 پذیرفته شد.

کارهای مشابه:

مجموعه توجیهی حقوقی APT نهادهای ملی حقوق بشر به عنوان مکانیزم های پیشگیرانه ملی: فرصت ها و چالش ها دسامبر 2013 مقدمه پروتکل اختیاری کنوانسیون سازمان ملل متحد علیه شکنجه (OPCAT) یک سیستم پیشگیری از شکنجه را بر اساس بازدید از مکان های بازداشت توسط یک کمیته فرعی نهاد بین المللی ایجاد می کند، و سازمان های ملیمکانیسم های پیشگیرانه ملی دولت ها حق دارند به یک یا چند موجود یا ... اعطا کنند.

«شورای علمی: نتایج جلسه 30 ژانویه در جلسه شورای علمی دانشگاه دولتی سن پترزبورگ در 30 ژانویه، دانشگاه سن پترزبورگ. حمایت دولتیدانشمندان جوان روسی - کاندیدای علوم، اعطای عنوان استاد افتخاری دانشگاه دولتی سنت پترزبورگ، اعطای جوایز دانشگاه ایالتی سنت پترزبورگ برای کارهای علمی، اعطای عناوین علمی، انتخاب روسای گروه ها و مسابقه برای کارکنان علمی و آموزشی. نیکلای اسکورتسوف معاون پژوهشی ...»

"1. مقررات کلی به منظور شناسایی و حمایت از محققان جوان با استعداد، ترویج رشد حرفه ای جوانان علمی، تشویق فعالیت خلاق دانشمندان جوان آکادمی علوم روسیه، سایر موسسات، سازمان های روسیه و دانشجویان سطوح عالی. موسسات آموزشیروسیه در حال برگزاری است تحقیق علمیآکادمی علوم روسیه هر ساله به بهترین ها جوایز می دهد کار علمی 19 مدال با جوایز 50000 روبلی برای دانشمندان جوان آکادمی علوم روسیه، سایر موسسات، سازمان های روسیه و 19 مدال ... "

«کمیته حقوق بشر در مورد حذف تبعیض نژادی برگه اطلاعات شماره 12 کمپین جهانی حقوق بشر مجموعه اطلاعات حقوق بشر توسط مرکز حقوق بشر دفتر سازمان ملل متحد در ژنو منتشر شده است. این منعکس کننده برخی از مسائل حقوق بشر است که تحت نظارت دقیق هستند یا مورد توجه خاص هستند. نشریه حقوق بشر: برگه اطلاعات برای عموم مردم در نظر گرفته شده است. هدف آن ترویج ...

«سخنرانی 3 مقررات بازار و دولتی دولت تنها سازمانی در نوع خود است که با خشونت منظم در مقیاس بزرگ سروکار دارد. موری روثبارد7 من همیشه از دیدگاهی متعادل در مورد نقش دولت دفاع می‌کردم، محدودیت‌ها و شکست‌های مکانیسم بازار و دولت را تشخیص می‌دادم، اما همیشه فرض می‌کردم که آنها با هم در مشارکت عمل می‌کنند. جوزف استیگلیتز8 سؤالات اصلی: 3.1. شکست یا شکست بازار و نیاز به یک دولت...»

2016 www.site - "رایگان کتابخانه دیجیتال- انتشارات علمی"

مطالب این سایت برای بررسی قرار داده شده است، کلیه حقوق متعلق به نویسندگان آنها می باشد.
اگر موافق نیستید که مطالب شما در این سایت ارسال شود، لطفاً برای ما بنویسید، ما ظرف 1 تا 2 روز کاری آن را حذف خواهیم کرد.

V 0 z. H/L 1 (بشقاب عریض)، که در آن اچ- ضخامت، L- طول قطعه کار مشکل بر روی یک شبکه تطبیقی لاگرانژی-اویلری متحرک با روش اجزای محدود با تقسیم و استفاده از طرح‌های صریح- ضمنی برای یکپارچه‌سازی معادلات حل شد.

در این مقاله، شبیه‌سازی سه‌بعدی فرآیند ناپایدار برش صفحه الاستیک – چسبناک – پلاستیک (قطعه کار) توسط یک کاتر کاملاً صلب که با سرعت ثابت حرکت می‌کند با استفاده از روش اجزای محدود انجام شد. V 0 در شیب های مختلف لبه کاتر a (شکل 1). مدل سازی بر اساس یک مدل ترمومکانیکی جفت شده از یک ماده الاستیک- چسبناک- پلاستیک انجام شد. مقایسه ای بین فرآیند برش آدیاباتیک و حالت، با در نظر گرفتن هدایت حرارتی ماده قطعه کار انجام می شود. یک مطالعه پارامتری از فرآیند برش با تغییر در هندسه قطعه کار و ابزار برش، سرعت و عمق برش و همچنین خواص مواد در حال پردازش انجام شد. اندازه ضخامت قطعه کار در جهت محور متفاوت بود z.حالت تنش از تنش سطحی R = تغییر کرد H/L 1 (بشقاب عریض)، که در آن اچ- ضخامت، L- طول قطعه کار مشکل بر روی یک شبکه تطبیقی لاگرانژی-اویلری متحرک با روش اجزای محدود با تقسیم و با استفاده از طرح‌های صریح- ضمنی برای یکپارچه‌سازی معادلات حل شد. نشان داده شده است که شبیه سازی عددی مسئله در یک فرمول سه بعدی امکان مطالعه فرآیندهای برش را با تشکیل یک تراشه پیوسته و همچنین با تخریب تراشه به قطعات جداگانه فراهم می کند. مکانیسم این پدیده در مورد برش متعامد (a = 0) را می توان با نرم شدن حرارتی با تشکیل نوارهای برشی آدیاباتیک بدون دخالت مدل های آسیب توضیح داد. هنگام برش با کاتر تیزتر (زاویه a بزرگ است)، لازم است از مدل کوپلینگ نرم کننده حرارتی و ساختاری استفاده شود. وابستگی نیروی وارد بر کاتر برای پارامترهای مختلف هندسی و فیزیکی مسئله به دست می آید. نشان داده شده است که رژیم های شبه یکنواخت و نوسانی امکان پذیر است و توضیح فیزیکی آنها ارائه شده است.

بولتن دانشگاه ایالتی تامسک ریاضیات و مکانیک

مکانیک

A.N. شیپاچف، اس.ا. Zelepugin

شبیه سازی عددی برش متعامد با سرعت بالا فلزات1

فرآیندهای برش متعامد با سرعت بالا فلزات به روش اجزای محدود به صورت عددی در چارچوب یک مدل الاستیک-پلاستیکی از محیط در محدوده سرعت برش 1 تا 200 متر بر ثانیه مورد مطالعه قرار می‌گیرند. مقدار محدود کننده انرژی ویژه تغییر شکل های برشی به عنوان معیاری برای جداسازی براده ها استفاده شد. لزوم استفاده از یک معیار اضافی برای تشکیل تراشه آشکار می‌شود، که به عنوان مقدار محدودکننده حجم ویژه آسیب‌های ریز پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه: برش با سرعت بالا، شبیه سازی عددی، روش اجزای محدود.

محصولات مهندسی مکانیک مدرن با استفاده از مواد با استحکام بالا و برش سخت، افزایش شدید الزامات برای دقت و کیفیت محصولات، و پیچیدگی قابل توجه اشکال ساختاری قطعات ماشین آلات به دست آمده از برش مشخص می شود. . بنابراین، فرآیند ماشینکاری نیاز به بهبود مستمر دارد. در حال حاضر، یکی از نویدبخش ترین زمینه ها برای چنین بهبودی، پردازش با سرعت بالا است.

در ادبیات علمی، مطالعات نظری و تجربی در مورد فرآیندهای برش با سرعت بالا مواد به شدت ناکافی ارائه شده است. نمونه های جداگانه ای از مطالعات تجربی و نظری در مورد تأثیر دما بر ویژگی های مقاومت یک ماده در فرآیند برش با سرعت بالا وجود دارد. از نظر نظری، مسئله مواد برش بیشترین پیشرفت را در ایجاد تعدادی مدل تحلیلی برش متعامد داشته است. با این حال، پیچیدگی مسئله و نیاز به توضیح کاملتر از خواص مواد، اثرات حرارتی و اینرسی منجر به

1 این کار توسط بنیاد تحقیقات پایه روسیه (پروژه های 07-08-00037، 08-08-12055)، بنیاد روسیه برای تحقیقات پایه و اداره منطقه تومسک (پروژه 09-08-99059) حمایت مالی شد. وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه در چارچوب AVCP "توسعه پتانسیل علمی آموزش عالی" (پروژه 2.1.1/5993).

استفاده از روش های عددی که در رابطه با مسئله مورد بررسی، روش اجزای محدود بیشترین کاربرد را دارد.

در این کار، فرآیندهای برش سریع فلزات به روش المان محدود در یک فرمول دوبعدی صفحه-کرنش در چارچوب یک مدل الاستیک-پلاستیک یک محیط مورد مطالعه عددی قرار گرفته است.

در محاسبات عددی از مدلی از محیط آسیب دیده استفاده می شود که با امکان هسته زایی و ایجاد ترک در آن مشخص می شود. حجم کل محیط W شامل قسمت سالم آن است که حجم Wc را اشغال می کند و با چگالی pc مشخص می شود و همچنین ترک هایی که حجم W/ را اشغال می کنند که در آن چگالی صفر در نظر گرفته می شود. چگالی متوسط محیط به پارامترهای معرفی شده با رابطه p = pc (Ws /W) مرتبط است. درجه آسیب به محیط با حجم خاص ترک ها مشخص می شود V/ = W//(W p).

سیستم معادلات توصیف کننده حرکت آدیاباتیک غیر ثابت (هم با تغییر شکل الاستیک و هم با تغییر شکل پلاستیکی) یک محیط تراکم پذیر از معادلات تداوم، حرکت، انرژی تشکیل شده است:

که در آن p - چگالی، r - زمان، u - بردار سرعت با مولفه‌های u، cmy = - (P + Q)5jj + Bu - اجزای تانسور تنش، E - انرژی داخلی خاص، - اجزای تانسور نرخ کرنش، P = Pc (p / pc) - فشار متوسط، Pc - فشار در جزء جامد (قسمت سالم) ماده، 2 - ویسکوزیته مصنوعی، Bu - اجزای انحراف تنش.

مدل سازی شکستگی های "پارگی" با استفاده از مدل جنبشی شکستگی نوع فعال انجام می شود:

هنگام ایجاد مدل، فرض بر این بود که این ماده حاوی محل‌های شکست بالقوه با حجم ویژه موثر V: است که در آن ترک‌ها (یا منافذ) تشکیل می‌شوند و زمانی که فشار کششی Pc از مقدار بحرانی معینی فراتر می‌رود، رشد می‌کنند. (U\ + V/ ) که با رشد ریز آسیب های تشکیل شده کاهش می یابد. ثابت‌های VI، V2، Pk، K/ با مقایسه نتایج محاسبات و آزمایش‌ها بر روی ثبت سرعت سطح عقب زمانی که نمونه با پالس‌های تراکم صفحه بارگذاری شد، انتخاب شدند. بسته به علامت Pc، از همان مجموعه ثابت های مواد برای محاسبه رشد و فروپاشی ترک ها یا منافذ استفاده می شود.

فشار موجود در یک ماده آسیب نخورده تابعی از حجم خاص و انرژی داخلی خاص و در کل محدوده شرایط بارگذاری در نظر گرفته می شود.

فرمول بندی مسئله

Shu(ri) = 0 ;

0 اگر |Рс |< Р* или (Рс >P* و Y^ = 0)،

^=| - n§n (Ps) k7 (Ps | - P *) (Y2 + Y7)،

اگر روپیه< -Р* или (Рс >P* و Y^ > 0).

با استفاده از معادله حالت از نوع Mie - Gruneisen محاسبه می شود که در آن ضرایب بر اساس ثابت های a و b شوک هوگونیوت adiabat انتخاب می شوند.

روابط سازنده اجزای انحراف تنش و تانسور نرخ کرنش را به هم متصل کرده و از مشتق جاومن استفاده می کنند. شرط Mises برای توصیف جریان پلاستیک استفاده می شود. وابستگی ویژگی‌های مقاومت محیط (مدول برشی G و استحکام تسلیم دینامیکی o) به دما و سطح آسیب به ماده در نظر گرفته می‌شود.

شبیه‌سازی فرآیند جداسازی تراشه از قطعه کار با استفاده از معیار تخریب عناصر طراحی قطعه کار، در حالی که با استفاده از رویکردی شبیه به مدل‌سازی شبیه‌سازی تخریب یک ماده از نوع فرسایش، انجام شد. مقدار محدود انرژی ویژه تغییر شکل‌های برشی Esh به عنوان معیار شکست - معیار جداسازی تراشه استفاده شد. مقدار فعلی این انرژی با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

مقدار بحرانی انرژی ویژه تغییر شکل های برشی به شرایط اندرکنش بستگی دارد و با تابع سرعت ضربه اولیه به دست می آید:

Esh = خاکستر + bsh U0، (6)

جایی که خاکستر، bsh ثابت های مادی هستند. وقتی Esh > Esch در یک سلول محاسباتی، این سلول از بین رفته در نظر گرفته می شود و از محاسبات بعدی حذف می شود و پارامترهای سلول های همسایه با در نظر گرفتن قوانین حفاظت تصحیح می شوند. اصلاح شامل حذف جرم عنصر تخریب شده از توده گره هایی است که به این عنصر تعلق دارند. اگر در همان زمان جرم هر گره محاسبه شده تبدیل شود

صفر می شود، سپس این گره از بین رفته در نظر گرفته می شود و همچنین از محاسبات بعدی حذف می شود.

نتایج محاسبات

محاسبات برای سرعت های برش از 1 تا 200 متر بر ثانیه انجام شد. ابعاد قسمت کار ابزار: طول لبه بالایی 1.25 میلی متر، ضلع 3.5 میلی متر، زاویه جلو 6 درجه، زاویه پشت 6 درجه است. ورق فولادی در حال پردازش دارای ضخامت 5 میلی متر، طول 50 میلی متر و عمق برش 1 میلی متر بود. مواد قطعه کار فولاد St3 است، ماده قسمت کار ابزار اصلاح متراکم نیترید بور است. مقادیر زیر از ثابت های ماده قطعه کار استفاده شد: p0 = 7850 کیلوگرم بر متر مکعب، a = 4400 متر بر ثانیه، b = 1.55، G0 = 79 گیگا پاسکال، o0 = 1.01 گیگا پاسکال، V = 9.2-10 اینچ m3/kg، V2 = 5.7-10-7 m3/kg، K= 0.54 m-s/kg، Pk = -1.5 GPa، خاکستر = 7-104 J/kg، bsh = 1.6-10 m/s متریال کار بخشی از ابزار با ثابت های p0 = 3400 کیلوگرم بر متر مکعب، K1 = 410 GPa، K2 = K3 = 0، y0 = 0، G0 = 330 GPa مشخص می شود، که در آن K1، K2، K3 ثابت های معادله حالت در فرم Mi-Gruneisen.

برنج. شکل 1. شکل تراشه، قطعه کار و قسمت کار ابزار برش در زمان های 1.9 ms (a) و 3.8 ms (b) زمانی که کاتر با سرعت 10 متر بر ثانیه حرکت می کند.

تا تحقق معیار جداسازی تراشه. در سرعت های برش 10 متر بر ثانیه و کمتر، مناطقی در نمونه ظاهر می شوند که معیار جداسازی تراشه به موقع کار نمی کند (شکل 1، a)، که نشان دهنده نیاز به اعمال یک معیار اضافی یا جایگزینی مورد استفاده است. معیار با یک معیار جدید علاوه بر این، نیاز به تنظیم معیار تشکیل تراشه با شکل سطح تراشه نشان داده می شود.

برنج. شکل 2. میدان ها و ایزوله های دما (a) و انرژی ویژه تغییر شکل های برشی (ب) در زمان 1.4 ms زمانی که برش با سرعت 25 متر بر ثانیه حرکت می کند.

رژیم دما در طول برش با سرعت بالا عمدتاً با تغییر شکل پلاستیکی مواد قطعه کار تعیین می شود. در این مورد، حداکثر دما در تراشه از 740 کلوین تجاوز نمی کند، در قطعه کار -640 کلوین. در فرآیند برش، دمای بسیار بالاتری در کاتر ایجاد می شود (شکل 2، a)، که می تواند منجر به تخریب قطعه شود. خواص مقاومتی آن

نتایج محاسبات ارائه شده در شکل. 3 نشان می دهد که تغییرات گرادیان در حجم ویژه ریز آسیب ها در مقابل کاتر بسیار بارزتر از تغییرات انرژی تغییر شکل های برشی یا دما است، بنابراین، در محاسبات، می توان از مقدار محدود حجم ویژه ریز آسیب ها (به طور مستقل) استفاده کرد. یا علاوه بر این) به عنوان یک معیار جداسازی تراشه.

0,1201 0,1101 0,1001 0,0901 0,0801 0,0701 0,0601 0,0501 0,0401 0,0301 0,0201 0,0101

برنج. شکل 3. میدان های حجم ویژه ریز آسیب ها (بر حسب سانتی متر بر گرم) در زمان 1.4 میلی ثانیه که کاتر با سرعت 25 متر بر ثانیه حرکت می کند.

نتیجه

فرآیندهای برش متعامد با سرعت بالا فلزات به روش اجزای محدود به صورت عددی در چارچوب یک مدل الاستیک-پلاستیکی از محیط در محدوده سرعت برش 1 تا 200 متر بر ثانیه مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

یک پارامتر فرآیند شناسایی شد - حجم خاص ریز آسیب ها - که مقدار محدود کننده آن می تواند به عنوان یک معیار اضافی یا مستقل برای تشکیل تراشه استفاده شود.

ادبیات

1. پتروشین اس.آی. طراحی بهینه قسمت کار ابزارهای برش // Tomsk: Tom. دانشگاه پلی تکنیک، 1387. 195 ص.

2. Sutter G., Ranc N. زمینه های دما در یک تراشه در طول برش متعامد با سرعت بالا - یک بررسی تجربی // Int. J. ماشین ابزار و ساخت. 2007 شماره 47. ص 1507 - 1517.

3. Miguelez H., Zaera R., Rusinek A., Moufki A. and Molinari A. Numerical modeling of orthogonal cutting: Influence of cutting condition and separation criterion, J. Phys. 2006.V.IV. نه 134. ص 417-422.

4. Hortig C., Svendsen B. شبیه سازی تشکیل تراشه در طول برش با سرعت بالا // J. فناوری پردازش مواد. 2007 شماره 186. ص 66 - 76.

5. Campbell C.E., Bendersky L.A., Boettinger W.J., Ivester R. Microstructural مشخصات تراشه ها و قطعات کاری Al-7075-T651 تولید شده توسط ماشینکاری با سرعت بالا // Materials Science and Engineering A. 2006. No. 430. ص 15 - 26.

6. Zelepugin S.A., Konyaev A.A., Sidorov V.N. و همکاران مطالعه تجربی و نظری برخورد گروهی از ذرات با عناصر حفاظتی فضاپیما // تحقیقات فضایی. 2008. V. 46. شماره 6. S. 559 - 570.

7. Zelepugin S.A., Zelepugin A.S. مدل سازی تخریب موانع در هنگام برخورد با سرعت بالا گروهی از اجسام // فیزیک شیمی. 2008. V. 27. شماره 3. S. 71 - 76.

8. Ivanova O.V., Zelepugin S.A. وضعیت تغییر شکل مشترک اجزای مخلوط در هنگام تراکم موج شوک // بولتن TSU. ریاضی و مکانیک. 1388. شماره 1(5). صص 54 - 61.

9. Kanel G.I., Razorenov S.V., Utkin A.V., Fortov V.E. مطالعات خواص مکانیکی مواد تحت بارگذاری موج شوک // Izvestiya RAN. MTT. 1999. شماره 5. S. 173 - 188.

10. Zelepugin, S.A. and Shpakov, S.S., تخریب سد دو لایه بور کاربید- آلیاژ تیتانیوم تحت ضربه با سرعت بالا، Izv. دانشگاه ها. فیزیک. 2008. شماره 8/2. صص 166 - 173.

شیپاچف الکساندر نیکولاویچ - دانشجوی فوق لیسانس دانشکده فیزیک و فناوری دانشگاه دولتی تومسک. پست الکترونیک: [ایمیل محافظت شده]

ZELEPUGIN سرگئی آلکسیویچ - دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، استاد گروه مکانیک جامدات تغییر شکل پذیر دانشکده فیزیک و فناوری دانشگاه دولتی تومسک، محقق ارشد گروه ماکروسینتیک ساختاری مرکز علمی تومسک شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه. پست الکترونیک: [ایمیل محافظت شده], [ایمیل محافظت شده]

مکانیک بدن جامد<3 2008

شبیه سازی عددی فرآیندهای برش مواد الاستیک-ویسکو-پلاستیک در یک حالت سه بعدی

در این مقاله، یک شبیه‌سازی سه‌بعدی از فرآیند ناپایدار برش یک صفحه الاستیک – چسبناک – پلاستیک (قطعه کار) توسط یک برش کاملاً صلب که با سرعت ثابت V0 در شیب‌های مختلف وجه کاتر a حرکت می‌کند (شکل 1) انجام شد. با استفاده از روش اجزای محدود انجام شده است. مدل سازی بر اساس یک مدل ترمومکانیکی جفت شده از یک ماده الاستیک- چسبناک- پلاستیک انجام شد. مقایسه ای بین فرآیند برش آدیاباتیک و حالت، با در نظر گرفتن هدایت حرارتی ماده قطعه کار انجام می شود. یک مطالعه پارامتری از فرآیند برش با تغییر در هندسه قطعه کار و ابزار برش، سرعت و عمق برش و همچنین خواص مواد در حال پردازش انجام شد. اندازه ضخامت قطعه کار در جهت محور z متغیر بود. حالت تنش از تنش صفحه H = H/L تغییر کرد.< 1 (тонкая пластина) до плоскодеформируе-мого H >1 (صفحه عریض)، که در آن H ضخامت است، L طول قطعه کار است. مشکل بر روی یک شبکه تطبیقی لاگرانژی-اویلری متحرک با روش اجزای محدود با تقسیم و با استفاده از طرح‌های صریح- ضمنی برای یکپارچه‌سازی معادلات حل شد. نشان داده شده است که شبیه سازی عددی مسئله در یک فرمول سه بعدی امکان مطالعه فرآیندهای برش را با تشکیل یک تراشه پیوسته و همچنین با تخریب تراشه به قطعات جداگانه فراهم می کند. مکانیسم این پدیده در مورد برش متعامد (a = 0) را می توان با نرم شدن حرارتی با تشکیل نوارهای برشی آدیاباتیک بدون دخالت مدل های آسیب توضیح داد. هنگام برش با کاتر تیزتر (زاویه a بزرگ است)، لازم است از مدل کوپلینگ نرم کننده حرارتی و ساختاری استفاده شود. وابستگی نیروی وارد بر کاتر برای پارامترهای مختلف هندسی و فیزیکی مسئله به دست می آید. نشان داده شده است که رژیم های شبه یکنواخت و نوسانی امکان پذیر است و توضیح فیزیکی آنها ارائه شده است.

1. معرفی. فرآیندهای برش نقش مهمی در پردازش مواد با تغییر شکل سخت در تراشکاری و ماشین های فرز. ماشینکاری اصلی ترین عملیات قیمت گذاری در ساخت قطعات پروفیل پیچیده از موادی است که به سختی تغییر شکل می دهند، مانند آلیاژهای تیتانیوم-آلومینیوم و مولیبدن. هنگامی که آنها بریده می شوند، تراشه هایی تشکیل می شود که می توانند به قطعات جداگانه (تراشه) تجزیه شوند که منجر به ناهمواری سطح مواد برش شده و فشار بسیار ناهموار روی کاتر می شود. تعیین تجربی پارامترهای دما و حالت های تنش-کرنش ماده در حال پردازش در حین برش با سرعت بالا بسیار دشوار است. یک جایگزین شبیه سازی عددی فرآیند است که امکان توضیح ویژگی های اصلی فرآیند و مطالعه دقیق مکانیسم برش را فراهم می کند. درک اساسی از مکانیسم تشکیل تراشه و شکستن برای برش کارآمد ضروری است. ریاضیات

مدل‌سازی مکانیکی فرآیند برش مستلزم در نظر گرفتن تغییر شکل‌های بزرگ، نرخ کرنش و گرمایش به دلیل اتلاف تغییر شکل پلاستیک است که منجر به نرم شدن حرارتی و تخریب مواد می‌شود.

راه حل دقیق این فرآیندها هنوز به دست نیامده است، اگرچه تحقیقات از اواسط قرن بیستم انجام شده است. اولین کارها بر اساس ساده ترین طرح محاسباتی صلب-پلاستیک بود. با این حال، نتایج به‌دست‌آمده بر اساس تحلیل پلاستیک صلب نمی‌تواند پردازنده‌های مواد یا نظریه‌پردازان را راضی کند، زیرا این مدل پاسخی به سؤالات مطرح‌شده ارائه نمی‌دهد. در ادبیات، هیچ راه حلی برای این مشکل در یک فرمول فضایی، با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی تشکیل، تخریب، و تکه تکه شدن تراشه ها در طول نرم شدن ترمومکانیکی مواد وجود ندارد.

در چند سال اخیر، به لطف شبیه سازی های عددی، پیشرفت های خاصی در مطالعه این فرآیندها حاصل شده است. تأثیر زاویه برش، خواص ترمومکانیکی قطعه کار و برش، و مکانیسم شکست بر تشکیل و تخریب تراشه‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. با این حال، در اکثر کارها، فرآیند برش تحت محدودیت های قابل توجهی در نظر گرفته شد: یک فرمول دو بعدی از مشکل (تغییر شکل صفحه) اتخاذ شد. تأثیر مرحله اولیه فرآیند ناپایدار بر نیروی وارد بر برش در نظر گرفته نشد. فرض بر این بود که تخریب طبق یک رابط از پیش تعیین شده رخ می دهد. همه این محدودیت ها اجازه مطالعه کامل برش را نمی داد و در برخی موارد منجر به درک نادرست مکانیزم خود فرآیند شد.

علاوه بر این، مطالعات تجربی نشان می دهد سالهای اخیردر نرخ کرنش بالا > 105-106 s-1، بسیاری از مواد وابستگی دمایی غیرعادی مرتبط با بازآرایی مکانیسم حرکت نابجایی را نشان می‌دهند. مکانیسم نوسانات حرارتی با مکانیسم مقاومت فونون جایگزین می شود، در نتیجه وابستگی مقاومت مواد به دما به طور مستقیم برعکس می شود: با افزایش دما، تقویت مواد افزایش می یابد. چنین اثراتی می تواند منجر به مشکلات بزرگ در برش با سرعت بالا شود. این مشکلات تاکنون در ادبیات مطالعه نشده است. شبیه‌سازی یک فرآیند پرسرعت مستلزم توسعه مدل‌هایی است که وابستگی‌های پیچیده رفتار ویسکوپلاستیک مواد را در نظر می‌گیرند و اول از همه، آسیب‌ها و تخریب‌ها را با تشکیل ترک‌ها و تکه تکه شدن ذرات و قطعات یک ماده در نظر می‌گیرند. مواد تغییر شکل پذیر برای در نظر گرفتن همه

8 مکانیک حالت جامد، شماره 3

اثرات، نه تنها مدل های پیچیده ترموفیزیکی مورد نیاز است، بلکه به روش های محاسباتی مدرن نیز نیاز است که امکان محاسبه تغییر شکل های بزرگ را فراهم می کند که اجازه محدود کردن اعوجاج مش را نمی دهد و تخریب و ظاهر ناپیوستگی در مواد را در نظر می گیرد. مشکلات مورد بررسی نیاز به مقدار زیادی محاسبات دارد. توسعه الگوریتم های با سرعت بالا برای حل معادلات الاستوویسکوپلاستیک با متغیرهای داخلی ضروری است.

2. بیان مسئله. 2.1. هندسه. بیان سه بعدی مسئله پذیرفته می شود. در شکل. شکل 1 مساحت و شرایط مرزی را در صفحه برش نشان می دهد. در جهت عمود بر صفحه، قطعه کار دارای ضخامت محدود H = H/L است (L طول قطعه کار است)، که در محدوده وسیعی متغیر است. تنظیم فضایی آزادی حرکت مواد قطعه کار از صفحه برش و خروجی نرم‌تر را فراهم می‌کند که شرایط برش مطلوب‌تری را فراهم می‌کند.

2.2 معادلات اساسی. سیستم جفت شده کامل معادلات ترموالاستیسیته-ویسکوپلاستیسیته از معادله بقای حرکت تشکیل شده است.

piu/ir = ; (2.1)

قانون هوک با تنش های دمایی

(2.2) معادله هجوم گرما dj

pSe d- \u003d K 0, .. - (3 X + 2c) a0 ° e „■ + ko; p (2.3)

که در آن Ce ظرفیت گرمایی، K ضریب هدایت حرارتی، k ضریب کوئینی-تیلور است، که گرم شدن مواد به دلیل اتلاف پلاستیک را در نظر می گیرد.

ما همچنین قانون جریان پلاستیک مرتبط را داریم

ep = xi^/yo; (2.4)

و شرایط پلاستیسیته

A, EE, X;, 9) = Oy (]EE, X;, 0)< 0 (2.5)

که در آن λ] متغیرهای تانسور تنش هستند، E. - تانسور کرنش پلاستیک. معادلات تکامل برای متغیرهای داخلی شکل دارند

dX / yz = nLk، Xk، 9) (2.6)

2.3 مدل مواد. در این کار، یک مدل ترموالاستیک-ویسکوپلاستیک نوع Mises اتخاذ شده است - یک مدل پلاستیسیته با قدرت تسلیم به شکل یک وابستگی ضربی (2.7)، شامل تغییر شکل و سخت شدن ویسکوپلاستیک و نرم شدن حرارتی:

oy(ep, ¿*,9) = [a + b(ep)"]

که در آن oy استحکام تسلیم است، ep1 شدت تغییر شکل های پلاستیکی است، 0 دمای نسبی است که به نقطه ذوب 0 متر اشاره می شود: "0<0*

(0 - 0*) / (0t - 0*)، 0*<0<0т

جنس قطعه یکنواخت فرض می شود. در محاسبات از ماده نسبتاً نرم A12024-T3 استفاده شد (ثابت الاستیک: E = 73 گیگاپاسکال، V = 0.33؛ ثابت پلاستیک: A = 369 MPa، B = 684 MPa، n = 0.73، e0 = 5.77 × 10-4، C = 0.0083، m = 1.7؛ ■ 10-4، C = 0.008، m = 1.46، 9* = 300 K، 9m = 600 K، v = 0.9). فرآیند برش آدیاباتیک با حل مسئله کامل ترمومکانیکی مقایسه شده است.

2.4. تخریب. مدل شکست مواد بر اساس رویکرد پیوسته Minchen-Sack، مبتنی بر مدل‌سازی مناطق شکست توسط ذرات گسسته است. مقدار بحرانی به عنوان معیار شکست در نظر گرفته می شود

شدت کرنش پلاستیک ep:

ep = [dx + d2exp (d311/12)][ 1 + d41n (dp/d0)] (1 + d59) (2.8)

جایی که من - ثابت های ماده که از آزمایش تعیین می شود.

اگر معیار شکست در سلول لاگرانژی برآورده شود، پیوندهای بین گره‌ها در چنین سلول‌هایی آزاد می‌شوند و تنش‌ها یا به صفر می‌رسند یا مقاومت فقط نسبت به فشرده‌سازی حفظ می‌شود. توده‌های گره‌ای لاگرانژی پس از نابودی به ذرات مستقلی تبدیل می‌شوند که جرم، تکانه و انرژی را با خود می‌برند، به عنوان یک کل صلب حرکت می‌کنند و با ذرات تخریب‌نشده برهم‌کنش نمی‌کنند. یک نمای کلی از این الگوریتم ها در ادامه آورده شده است. در کار حاضر، شکست با دستیابی به شدت بحرانی تغییر شکل پلاستیک ep تعیین می‌شود و سطح شکست از پیش تعیین نشده است. در محاسبات فوق

e p = 1.0، سرعت کاتر برابر با 2 متر بر ثانیه و 20 متر بر ثانیه گرفته شد.

2.5. روش ادغام معادله. برای ادغام سیستم جفت کاهش یافته معادلات ترموپلاستیسیته (2.1)-(2.8)، توصیه می شود از روش تقسیم توسعه یافته در . طرح تقسیم معادلات الاستیک-پلاستیک شامل تقسیم فرآیند کامل به یک پیش بینی کننده - یک فرآیند ترموالاستیک، در

که در آن ep = 0 و همه عملگرهای مرتبط با تغییر شکل پلاستیک ناپدید می شوند، و تصحیح کننده - که در آن نرخ کرنش کل است = 0. در مرحله پیش بینی، سیستم (2.1)-(2.6) با توجه به متغیرهای نشان داده شده با یک tilde فرم بگیر

ryb/yz = a]

y aL \u003d "- a§"9) pSei9 / yg \u003d K.9ts - (3X + 2ts) a90eu

برای مطالعه بیشتر مقاله، باید متن کامل را خریداری کنید. مقالات در قالب ارسال می شوند

Astashev V.K., RAZINKIN A.V. - 2008