К применению программных комплексов для прогнозирования остаточных напряжений в упроченной резьбовой поверхности

Пермская компания нефтяного машиностроения

Пермский НИПТУ, г. Пермь, Россия

Компьютерное или численное моделирование является одним из эффективных методов исследования процессов упрочняющей обработки металла давлением. При анализе литературных источников установлено, что моделирование процесса обкатки роликом нарезанного профиля не достаточно исследовано, отсутствуют технологические рекомендации.

Метод конечных элементов (МКЭ) является мощным, надежным и современным средством исследова- ния поведения конструкций в условиях разнообразных воздействий. Программа ANSYS, использующая МКЭ, широко известна и пользуется популярностью среди инженеров, занимающихся решением вопросов прочности. Средства МКЭ ANSYS позволяют проводить расчеты статического и динамического напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций, в том числе геометрически и физически нелинейных задач механики деформируемого твердого тела. Это позволяет решить широкий круг инженерных задач.

Выбор параметров упрочнения (усилия и глубины вдавливания, радиуса края ролика и др.), обеспечивающих необходимый эффект, существенно зависит от габаритных размеров и формы детали, а также механических свойств упрочняемого материала, и, обычно, проводится на основе результатов испытаний на усталость натурных образцов. При проведении натурных испытаний вызывает интерес характер распределения и величина остаточных напряжений и деформаций в поверхностности резьбы, степени наклепа, параметрах цикла действующих суммарных (остаточных и эксплуатационных) напряжений. При этом без специальной аппаратуры сложно оценить эффективность назначенных режимов упрочнения изделия на сопротивление усталости. Современные компьютерные технологии позволяют моделировать механические процессы обработки деталей и определять напряженное состояние в элементах конструкций, облегчая тем самым поиск оптимальных технологических параметров.

В настоящей работе разработка модели ППД участка УБТ с конической замковой резьбой проводилась с привлечением компьютерной техники и программных продуктов, с проведением необходимых инженерных расчетов и анализом локальных механических напряжений с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Это позволило моделировать различные параметры обкатки с получением результатов и установлением наиболее эффективных параметров упрочнения впадин резьбы в кратчайшие сроки. МКЭ является основой для ряда современных программных систем, применяемых для расчета значительной локальной пластической деформации: ANSYS , MSC . NASTRAN , ABAQUS , LS -DYNA, QForm , FORGE, DEFORM , ШТАМП и др. Среди всех перечисленных программных комплексов наибольшей популярностью пользуются системы ANSYS и DEFORM .

Универсальность программного комплекса ANSYS , опыт других вузов при решении задач в области моделирования процессов ППД и напряжённо-деформированного состояния деталей с концентраторами напряжений, наличие самого программного комплекса ANSYS и возможность доступа к высокопроизводительному кластеру ПНИПУ – всё это и послужило причиной выбора программы ANSYS для решения поставленной задачи в данной работе.

Таким образом, разработана математическая модель, вошедшая в комплексную инженерную методику по прогнозированию надежности резьбового соединения PKNM Deep roll Thread («PKNM DRT v 1.0»).