Робота присвячена застосуванню комп'ютерних технологій при аналізі результатів механічних випробувань матеріалів для визначення їх властивостей в умовах гарячої деформації. Розглянуто випробування на крутіння, розтягнення, стиснення і стиснення з плоскою деформацією. Проведено огляд можливостей використання зворотного аналізу для інтерпретації результатів механічних випробувань з застосуванням імітаційного моделювання на базі методу скінченних елементів (МСЕ) В 2D і 3D

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Чумаченко Е.Н., Аксьонов С. А., Борхсеніус C. C.


ANALYSIS OF COMPUTER MODELING METHODS OF MECHANICAL TESTS

The work is devoted to the application of computer technology in analyzing the results of mechanical tests of materials to determine their properties in hot deformation. We consider testing in torsion, tension, compression and compression with a flat deformation. A review of the possibilities of using inverse analysis for interpreting the results of mechanical tests with the use of simulation-based finite element method (FEM) In 2D and 3D


Область наук:

  • технології матеріалів

  • Рік видавництва: 2011


    Журнал: Вісник Воронезького державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз методів комп'ютерного моделювання механічних випробувань'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз методів комп'ютерного моделювання механічних випробувань»

    ?УДК 669.017

    АНАЛІЗ МЕТОДІВ КОМП'ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ МЕХАНІЧНИХ ВИПРОБУВАНЬ Е.Н. Чумаченко, С.А. Аксьонов, С.С. Борхсеніус

    Робота присвячена застосуванню комп'ютерних технологій при аналізі результатів механічних випробувань матеріалів для визначення їх властивостей в умовах гарячої деформації. Розглянуто випробування на крутіння, розтягнення, стиснення і стиснення з плоскою деформацією. Проведено огляд можливостей використання зворотного аналізу для інтерпретації результатів механічних випробувань із застосуванням імітаційного моделювання на базі методу скінченних елементів (МСЕ) в 2D і 3D

    Ключові слова: механічні випробування, імітаційне моделювання, МСЕ, зворотний аналіз

    Знання поведінки механічних властивостей матеріалу при гарячої деформації дає можливість розробляти технологічні процеси формозміни в діапазонах температур і швидкостей деформації, які забезпечують оптимальні умови для пластичного або сверхпластического течії. Використання особливостей поведінки даного матеріалу при гарячому деформуванні дозволяє впроваджувати технології отримання складних виробів за менше число переходів, знижувати енерговитрати, збільшувати коефіцієнт використання металу (КІМ) і, в кінцевому підсумку, підвищувати рентабельність виробництва. Очевидно, що інтерпретація результатів механічних випробувань матеріалів для визначення їх властивостей в умовах гарячої деформації є актуальним завданням.

    При проектуванні технологічних процесів обробки металів тиском застосовуються сучасні комп'ютерні програми, що дозволяють будувати прогнози формозміни матеріалу, розраховувати важливі термомеханічні і енергетичні характеристики.

    Найчастіше при інтерпретації результатів більшості механічних випробувань виникають проблеми, пов'язані, як правило, з різними формами нерівномірності розподілу термомеханічних

    характеристик в зразку, тертям, що генерується в ході деформації теплом і т.п. Отримувані в процесі експерименту дані можуть істотно залежати від

    Чумаченко Євген Миколайович - МГІЕМ (ТУ), д-р техн. наук, професор, тел. +7 (499) 235-20-24, e-mail: mm @ miem. edu.ru

    Аксьонов Сергій Олексійович - МГІЕМ (ТУ), канд. техн. наук, доцент, тел. +7 (499) 235-20-24, e-mail: aksenov. s.a@gmail. com

    Борхсеніус Сергій Сергійович - МГІЕМ (ТУ), студент, тел. +7 (916) 423-86-09, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    геометрії зразка і штампів. Локальні умови формозміни сильно варіюються в різних ділянках вогнища деформації, що ускладнює аналіз результатів і вимагає застосування процедури корекції. Оцінка впливу температурних умов, тертя була проведена, наприклад, в роботі [1].

    Розглянемо, експерименти на стиск з плоскою деформацією PSCT (Plane Strain Compression Test), які вважаються найбільш зручними при моделюванні прокатки [2]. Спочатку експерименти цього типу були розроблені і застосовані для досліджень, пов'язаних з технологіями прокатки широкосмугового і листової сталі, в яких (як і в ряді деяких інших процесів) формозміна здійснюється в умовах дуже близьких до умов ідеальної плоскої деформації. Найбільший вплив на результати експериментів PSCT надає нерівномірність пластичного плину в осередку деформації, викликана жорсткими кінцями зразка, і бічне розширення вогнища деформації, що призводить до збільшення контактної поверхні, а тест на стиск з плоскою деформацією показує невелику чутливість до тертя.

    Розробці методу, який би враховував вплив збурень в ході випробувань і дозволяв оцінити, наскільки параметри матеріалу залежать від цих явищ, були присвячені багато досліджень.

    Найбільш поширений, і на сьогоднішній день точний - з

    існуючих методів - метод зворотного аналізу. Він часто використовується в дослідженнях питань моделювання пластометричні випробувань, він був випробуваний на великій кількості експериментальних даних. На малюнку приведена схема застосування цього методу.

    НІ

    V

    КІНЕЦЬ

    Схема зворотного аналізу

    Нагадаємо, що під моделлю механічних властивостей матеріалу при гарячої деформації розуміється залежність напруги пластичної течії металу від інтенсивності деформації, швидкості деформації та температури 01 (? 1,? 1, /).

    Притому ця залежність не визначається напружено деформованим станом, тобто, є характеристикою матеріалу. Як видно зі схеми, при застосуванні зворотного аналізу спочатку цю модель розраховують по наближеним формулам.

    Існують різні підходи до імітаційного моделювання механічних випробувань, але більшість з них засноване на застосуванні методу скінченних елементів. Метод кінцевих елементів є найбільш поширеним і загальновизнаним методом вирішення завдань обробки металів тиском. Більш того, метод кінцевих елементів - це основний інструмент, який використовується в промисловості для моделювання процесів формування [3]. Він використовується в таких системах комп'ютерного моделювання, як, наприклад, Splen, Nastran.

    Цей метод описує поведінку матеріалу на основі загальної залежності напруги від деформації. До переваг методу скінченних елементів можна зарахувати доступність і простоту його

    розуміння, застосовність до широкого спектру найрізноманітніших завдань і відносну легкість створення

    універсальних алгоритмів при його використанні. Якщо розглядати дво- і тривимірні підходи до імітаційного моделювання пластометричні

    випробувань, то очевидно, що 2Б більш простий у використанні, вимагає меншу кількість обчислень, і, відповідно, менш витратний. Навпаки, 3Б підхід зазвичай вимагає великі обчислювальні потужності. При цьому 2Б підхід застосуємо далеко не до всіх завдань. Точніше, застосування його тільки до деяких задач, таким, як моделювання тестів на стиск з плоскою деформацією, дає адекватні результати. Порівняння 3D і 2D підходів при моделюванні випробувань на стиск з плоскою деформацією наведено, зокрема, в роботі [2].

    Після створення імітаційної моделі в рамках методу зворотного аналізу проводиться порівняння отриманих результатів з вимірюваними характеристиками,

    обчисленими з використанням деякої штрафний функції М. Якщо виконується умова М < ? , то модель приймається, якщо немає - то після зміни моделі алгоритм виконується ще раз.

    Розглянуто метод інтерпретації результатів механічних випробувань, заснований на застосуванні зворотного аналізу

    і імітаційного моделювання. Залежно від складності застосовуваних імітаційних моделей він дозволяє враховувати різні термомеханічні особливості матеріалу. найбільш

    інформативними і адекватними є моделі на базі методу скінченних елементів в 3D, проте в ряді випадків їх можна успішно замінити більш швидкими 2Б моделями. Подальші дослідження будуть спрямовані на розробку програмного забезпечення, що дозволяє автоматизувати процес інтерпретації результатів механічних випробувань.

    ^ HTepaTypa

    1. S. A. Aksenov, E. N. Chumachenko, J. Kliber, R. Fabik Inverce analysis of a plane strain compression test results for the purpose of material mechanical and microstructural properties study // HUTNIK.- №8.- 2009.-C. 555-557)

    2. Lacey A.J., Loveday M.S., Mahon G. J., Roebuck B., Sellars C. M., M. R. van der Widen. Measuring flow stress in hot plane strain compression tests // Measurement Good Practice Guide. 2002. No 27. 85 p.

    3. Kobayashi S., Oh S. I., Altan T. Metal Forming and the Finite Element Method. // Oxford University Press, New York, Oxford. 1989.402 p.

    Московський державний інститут електроніки і математики (ТУ)

    ANALYSIS OF COMPUTER MODELING METHODS OF MECHANICAL TESTS E.N. Chumachenko, S.A. Aksenov, S.S. Borkhsenius

    The work is devoted to the application of computer technology in analyzing the results of mechanical tests of materials to determine their properties in hot deformation. We consider testing in torsion, tension, compression and compression with a flat deformation. A review of the possibilities of using inverse analysis for interpreting the results of mechanical tests with the use of simulation-based finite element method (FEM) in 2D and 3D

    Key words: mechanical tests, modeling, FEM, inverse analysis


    Ключові слова: МЕХАНІЧНІ ВИПРОБУВАННЯ /ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ /МСЕ /ЗВОРОТНИЙ АНАЛІЗ /MECHANICAL TESTS /MODELING /FEM /INVERSE ANALYSIS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити