Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика
Все статьи: 1052
Исследование карт деформационных структур при растяжении металлов
Статья научная
Рассматриваются закономерности макроскопической неоднородности пластического течения при одноосном растяжении плоских образцов Fe-Cr-Ni толщиной 2 мм. Их ось растяжения была ориентирована вдоль направления прокатки. Средний размер зерна составлял 12,5 ± 3 мкм. Кривые пластического течения сплава имели продолжительные стадии линейного деформационного упрочнения во всем исследованном температурном интервале испытаний 180 K
Бесплатно
Исследование конвективного теплообмена в кабельном канале, проложенном в земле
Статья научная
Построена математическая модель процессов конвективного теплообмена в кабельном канале, проложенном в земле без учета и с учетом теплового излучения. Приведена зависимость температуры на поверхности кабеля от разбиения на конечные элементы. Получены траектории движения частиц в кабельном канале, поля температур. Представлены зависимости температуры на поверхности кабельного канала от теплопроводности различных конструктивных элементов в кабельном канале.
Бесплатно
Статья научная
В работе приведены результаты расчета двух конечно-элементных моделей фрагмента стенки нефтеналивного резервуара с дефектом в виде вмятины: первая - для выборки реальных вмятин в геометрически и физически нелинейной постановке на прямоугольной сетке, вторая - идеализированные вмятины в линейной постановке на радиально-окружной сетке. По результатам сравнения определен оптимальный параметр аппроксимации для описания формы идеализированной вмятины. Приведены результаты расчета двух видов дефектов трубопровода: первый - коррозионного происхождения (каверна), второй - механического происхождения (вмятина). С использованием языков программирования VBA и APDL автоматизирован процесс расчета дефектов, находящихся на заданном участке трубопровода.
Бесплатно
Исследование корреляционного приближения задач математической физики для однонаправленных композитов
Статья научная
Рассматривается известное корреляционное приближение задач математической физики для однонаправленных композитов со случайной структурой. Исследуется вопрос о точности определения дисперсий физических полей в этом приближении в зависимости от объемного содержания волокон. Для этого строится статистически изотропный набор реализаций структуры на основе периодической структуры.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена исследованию кинетики разрушения углеродных композиционных материалов на основе параметрического анализа сигналов акустической эмиссии. Проведены механические испытания на растяжение и сжатие образцов, изготовленных из углепластика на различных стадиях технологического передела. В процессе экспериментов производилась непрерывная запись сигналов акустической эмиссии с помощью установки Vallen AMSY-6, а также ее синхронизация с универсальной электромеханической системой Instron 5882 и бесконтактным видеоэкстензометром AVE Instron. Для подавления шумов высокочастотного и низкочастотного происхождения проводилась фильтрация регистрируемых сигналов акустической эмиссии. В качестве основных параметров сигнала акустической эмиссии выбраны амплитуда сигнала и энергетический параметр сигнала. Для анализа кинетики разрушения введён специальный параметр повреждённости, характеризующий степень накопления дефектов в материале. В результате полученных данных построены диаграммы зависимостей основных параметров сигнала от перемещения, кривые накопления повреждений. Выявлена зависимость сигналов от кинетики разрушения композиционного материала. На основе анализа информативных параметров акустической эмиссии выделены основные этапы разрушения углепластика. Зафиксировано различие в регистрируемых сигналах в зависимости от вида испытаний и технологии изготовления материала.
Бесплатно
Статья научная
В работе проведены экспериментальные исследования механических свойств технического пластилина, который представляет собой композитный материал, состоящий из матрицы (смесь парафина и масел) и порошкового наполнителя (тальк, глина, пигменты) при растяжении, сжатии, сдвиге и внедрении сферического индентора. При постоянной скорости деформирования (растяжение, сжатие) получены кривые «напряжение - деформация», характеризующиеся малым упругим участком, зоной протяженной текучести до деформаций 15-20 %. На основании экспериментальных данных получена степенная зависимость предела текучести от скорости деформирования в диапазоне 0,0004…80 c -1. Таким образом, деформирование технического пластилина может быть удовлетворительно описано упруго-вязкой моделью типа Нортона с последовательным соединением упругого и вязкого элементов. Технический пластилин при растяжении и сдвиге свыше 3-5 % деформации начинает интенсивно накапливать рассеянные микроповреждения, что не позволяет использовать сдвиговые испытания в качестве тестовых при определении предела текучести подобно известным методикам для металлов. Пределы текучести при сжатии и растяжении при одинаковых скоростях деформирования близки. При внедрении сферического индентора диаметром 43 мм в пластилиновый блок толщиной 75 мм получена линейная диаграмма «усилие - глубина внедрения» вплоть до глубины 3 мм, что позволило считать постоянной величину твердости пластилина при определенной скорости деформирования. Удалось получить также динамическую твердость как энергию падающего тела, деленную на объем отпечатка в пластилине. Статическое и динамическое индентирование представляет собой перспективный метод исследования пластических свойств материалов в силу своей простоты. Однако необходимо установить корреляционный коэффициент, связывающий значение твердости с пределом текучести. Для рассмотренного материала такой коэффициент составил 0,24 при отсутствии трения между телами.
Бесплатно
Исследование механического поведения двухфазной композиции Mg-Ni в процессе быстрого сжатия
Статья научная
В работе приведены результаты использования хорошо известного в металлургии метода прессования в качестве нового способа получения материалов, склонных к высокой сорбционной емкости водорода. Метод позволяет в процессе прессования не только получить консолидированный конечный продукт из исходных порошковых ингредиентов Mg и Ni, но и осуществить фазовое превращение - получение в составе композиции Mg-Ni фазы Mg2Ni, что является уникальным результатом. Установлено, что ключевым моментом в формировании фазового состава образца является температура проведения прессования (Fast Forging). Повышение температуры (ниже температуры эвтектики) приводит к практически полному исчерпанию свободного никеля и появлению фазы Mg2Ni в структуре материала без плавления заготовки. С целью определения оптимальных условий деформирования для получения сплава с максимальным содержанием фазы Mg2Ni построена 2D расчетная модель ячейки с произвольным распределением разно-размерных частиц никеля в магнии. Численное моделирование процесса адиабатического сжатия ячейки до величины средних деформаций 80-90 % показало, что, помимо предварительного нагрева образца в камере для осуществления Fast Forging, необходимо учитывать повышение температуры образца в процессе удара молота при прессовании. Установлено, что с ростом начальной температуры от 20 до 400 °С вклад повышения температуры при интенсивной пластической деформации снижается. Приведены результаты численного моделирования повышения температуры на границе касания двух материалов - магний/никель. Рассчитаны поля деформаций в 2D модельной ячейке, что позволило оценить механическое поведение системы при Fast Forging. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментом.
Бесплатно
Исследование механического поведения упруготрансформируемых композитных конструкций
Статья научная
В работе представлены расчетные и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния композитного упругого шарнира при трансформировании стержневой конструкции. Упругий шарнир представляет собой две совместно работающие ленточные пружины и выполняет функцию актуатора для бесприводного развертывания крупногабаритных космических конструкций. Рассматривались упругие шарниры, различающиеся схемой армирования и формой выреза. Натурные испытания шарнира проводились на специально разработанном стенде, позволяющем проводить его полное складывание и раскладывание и фиксировать величину возникающего шарнирного момента для каждого угла складывания. Картина деформаций для каждого угла регистрировалась с помощью системы фото-, видеофиксации, работающей на основе методики корреляции цифровых изображений (DIC - Digital Image Correlation) VIC 3D. Для идентификации упругих характеристик материалов упругого шарнира были проведены механические испытания для определения модуля Юнга и предела прочности при растяжении и сжатии. Для сокращения объема натурных испытаний была разработана микромеханическая модель материала с учетом свойств армирующего волокна, связующего и типа переплетения в системе Digimat. Верификация микромеханической модели проведена по измеренным характеристикам на растяжение и сжатие. Посредством виртуальных испытаний в системе Digimat были определены остальные механические характеристики материала. Конечно-элементное моделирование процесса складывания-раскладывания шарнира проводилось в системах Ansys Workbench и LS-Dyna. Расчет проводился для различных конструкций шарниров неявным и явным методами. В расчетной модели учитывались явления динамического поведения, геометрической нелинейности, прогрессирующего разрушения и самоконтакта поверхностей шарнира. В результате расчета были определены картина деформаций и максимальный шарнирный момент. Расчетные значения деформаций и шарнирного момента хорошо согласуются с экспериментальными данными. На основании проведенных исследований предложена комплексная расчетно-экспериментальная методика для определения рациональных параметров упругих шарниров композитных трансформируемых конструкций.
Бесплатно
Статья научная
Полимерные нанокомпозиты на основе глинистого наполнителя и полиолефиновой матрицы - это относительно новые перспективные материалы, которые в настоящее время являются объектом интенсивных фундаментальных и прикладных исследований. В работе рассматривается механическое поведение таких систем на масштабном уровне отдельной структурной неоднородности. Частицы наполнителя могут образовывать отдельные кристаллиты (тактоиды) из нескольких (порядка десятков) тонких параллельных пластинок или располагаться по объему материала хаотично. Проведенные расчеты показали, как будет изменяться форма пачки силикатных чешуек, прочно скрепленной с окружающей несжимаемой матрицей, в зависимости от ее ориентации в пространстве. Было установлено, что изменение геометрии тактоида (как и отдельной силикатной нанопластинки) в процессе деформации существенно зависит от его начального расположения относительно направления внешней нагрузки, что должно сказываться на механических свойствах материала. Это обстоятельство дает еще один механизм управления эксплуатационными характеристиками композита (за счет предварительной ориентации частиц наполнителя).
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование напряженно-деформированного состояния термоупругого полого цилиндра с однородным покрытием с учетом масштабных эффектов. Для учета масштабных эффектов применяется однопараметрическая градиентная модель Айфантиса. Уравнения равновесия и граничные условия для составного полого термоупругого цилиндра получены на основе вариационного принципа Лагранжа. По сравнению с классической постановкой задачи задаются дополнительные граничные условия и условия сопряжения для моментных напряжений и градиентов перемещений. Выполнено обезразмеривание поставленной задачи термоупругости. Решение задачи несвязанной термоупругости начинается с нахождения радиального распределения температуры слоистого цилиндра на основе решения задачи теплопроводности в классической постановке. Решение задачи в перемещениях представлено в виде суммы решений в классической постановке задачи и дополнительных погранслойных слагаемых, найденных на основе асимптотических свойств модифицированных функций Бесселя. Получены упрощенные аналитические выражения для нахождения радиальных перемещений, радиальных и окружных напряжений Коши, ненулевых компонент тензора моментных и полных напряжений. На конкретных примерах проведены вычисления радиального распределения перемещений и напряжений составного цилиндра в случае как механического, так и теплового нагружения. Исследованы границы применимости асимптотического решения задачи. Показано отличие радиального распределения перемещений и напряжений, найденных на основе решений задачи в классической постановке и в градиентной постановке. Выяснено, что радиальные напряжения Коши испытывают скачок на границе цилиндра и покрытия, что объясняется непрерывностью радиальных перемещений и их первых производных. Компоненты тензора моментных напряжений либо принимают пиковые значения либо испытывают скачок на границе сопряжения. Моментные напряжения пропорциональны квадрату градиентного параметра, при малых значениях которого имеют величины, намного меньшие значений полных напряжений. При увеличении безразмерного масштабного параметра снижаются значения радиальных перемещений и полных окружных напряжений, однако возрастают моментные напряжения.
Бесплатно
Статья научная
Метод граничных интегральных уравнений используется для исследования напряженно-деформированного состояния стоматологических имплантатов. Для численного решения граничных интегральных уравнений применяются изопараметрические квадратичные граничные элементы. Методика численного решения реализована в форме комплекса программ для решения задач упругости и термоупругости со смешанными граничными условиями и условиями неидеального соединения подобластей конструкции. Рассмотрены имплантаты с цементной фиксацией коронки при использовании различных материалов в соединении. Расчёт в двумерной постановке выполнен в два этапа: 1) определение напряженно-деформированного состояния всей конструкции имплантата со сглаженными зубцами в соединении имплантата с костной тканью; 2) исследование концентрации напряжений в винтовом соединении в зоне сцепления имплантата с костной тканью. Расчетная модель первого этапа содержала 7 подобластей, соответствующих элементам конструкции имплантата. На втором этапе исследование концентрации напряжений винтового соединения и костной ткани выполнено на модели винтового соединения имплантата и губчатой кости. Полагалось, что углубления в губчатой кости, образующиеся при внедрении имплантата в костную ткань, соответствуют резьбе на имплантате. Предполагалось также, что происходит формирование полного соединения материалов на границе имплантата и кости. Первый этап расчета конструкции имплантата с компонентами из различных материалов позволил определить, что наибольшие напряжения возникают в имплантатах с преобладанием компонентов из титана. Оценка величины концентрации напряжений в витках резьбы и в костной ткани получена на втором этапе расчета винтового соединения имплантата и костной ткани. Установлено также, что наибольшие напряжения возникают в зоне первого витка резьбы имплантата.
Бесплатно
Статья научная
Изучается напряженное состояние в окрестности особой точки пластинки, составленной из двух одинаковых элементов с помощью посредника, например клея, и находящейся в условиях плосконапряженного состояния. Целью исследования является выявление особенностей рассматриваемого типа задач механики деформируемого твердого тела и изучение влияния материальных свойств и толщины прослойки на концентрацию напряжений вблизи края линии соединения элементов пластинки (в особой точке). Проводится аналитическая оценка количества ограничений на параметры состояния в точке края линии соединения элемента пластинки и посредника. Устанавливается, что количество независимых ограничений зависит от материальных свойств скрепляемых элементов и, как правило, избыточно (нестандартно). Стандартным количество заданных условий оказывается лишь в исключительных случаях при определенных сочетаниях материальных параметров скрепляемых тел. Отвечающее такому случаю решение называется «опорным». В рассматриваемой задаче - это однородное напряженное и кусочно-однородное деформированное состояние. Решения задач с нестандартно заданными условиями в особой точке строятся вблизи опорного решения, для чего применяется итерационный численно-аналитический метод, основанный на минимизации невязок выполнения всех краевых условий в окрестности особой точки. Выявлены закономерности, характеризующие изменение напряженного состояния вблизи особой точки в элементах составной пластинки в зависимости от толщины посредника и его материальных свойств. Зависимость коэффициента концентрации напряжений от толщины прослойки практически отсутствует, от материальных свойств - оказывается существенной. Наибольшее значение коэффициент концентрации принимает в более жестком материале.
Бесплатно
Статья научная
Слоистые композитные материалы характеризуются высокой поперечной анизотропией и низкими значениями отношения модуля поперечного сдвига к модулю продольной упругости. Это приводит к тому, что характер изменения продольных перемещений и продольных нормальных напряжений отличается от линейного, а поперечных касательных напряжений - от параболического закона. В работе исследуется степень нелинейности функций перемещения пластины в зависимости от ее упругих свойств и геометрической формы. Для определенности рассмотрена двумерная задача деформации прямоугольной пластины, когда в терминах безразмерных величин удается получить достаточно полное и наглядное решение. Аналогичная трехмерная задача более громоздка, но принципиального отличия не имеет. Изучение степени нелинейности функций продольного перемещения от упругих свойств и геометрической формы деформируемой пластины основывается на методе конечных элементов. Потенциальная энергия деформируемой пластины выражена через квадратическую форму от переменных с коэффициентами, являющимися многочленами от безразмерных параметров, таких как размеры пластины, отношения модулей упругости и сдвига, коэффициента Пуассона. Показано, что вариационный принцип сводит поставленную задачу к решению системы линейных уравнений. В результате с точностью, допустимой для инженерных расчетов, равной 5 %, построены подобласти линейности и нелинейности продольных перемещений пластины. Для композитных пластин нелинейность продольных перемещений необходимо учитывать, когда длина пластины на порядок больше ее толщины, тогда как для сталей нелинейность характерна для относительно толстых пластин. Построенные области линейности и нелинейности продольных перемещений позволяют корректно строить модели напряженно-деформируемого состояния.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложены полные систематические результаты исследования течений около полупроницаемых тел во всём диапазоне проницаемости. При постановке граничных условий на проницаемой поверхности используется линейное динамическое условие Ю.М. Давыдова. Расчёты проводятся методом крупных частиц. Найдены точки бифуркации при переходе от одной топологии течения к другой. Рассмотрены плоские и осесимметричные течения.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты исследований процесса получения гранулированных материалов из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al - Zn - Mg - Cu центрифугированием расплава со сверхвысокими скоростями охлаждения гранул. Вводится понятие «паровой рубашки», а именно паровой прослойки, возникающей между телом гранулы и охлаждающей жидкостью, препятствующей интенсивности отвода тепла и являющейся препятствием увеличения скорости кристаллизации за счет меньшей теплопроводности паров воды. Установлено, что образование паровой прослойки происходит всегда ввиду нагрева слоев охлаждающей жидкости, контактирующих с каплей расплава до температур кипения и перехода охладителя из жидкой фазы в пар. Предлагается технология повышения скорости кристаллизации гранул за счет постоянного удаления паровой прослойки. Удаление (сбив) паровой оболочки, возникающей вокруг капли, происходит за счет высокой скорости движения капли в охлаждающей среде. Принципиально важным при промышленной реализации данной технологии является не столько конструкция устройства для получения гранул центрифугованием расплава, а высокая необходимая скорость вращения разбрызгивающего тигля рассматриваемого устройства. Приведены результаты полученных экспериментальных данных для определения необходимой скорости вращения перфорированного стакана, обеспечивающей создание достаточной первоначальной скорости движения капли, приводящей к постоянному «сбиву» образующейся «паровой рубашки». Определено, что повышение скоростей отвода тепла от кристаллизуемых гранул и, как результат, увеличение скорости кристаллизации приводят к повышению прочностных характеристик гранулированных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu. В частности, при производстве прессованных полуфабрикатов из сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, таких как В95, В96ц, увеличение прочностных характеристик материала прессованных изделий составляет до 15 % по сравнению с теми же гранулированными материалами, полученными традиционными методами с промышленными скоростями кристаллизации капель расплава. Установлено, что предлагаемый метод, основанный на удалении паровой прослойки вокруг образующейся гранулы, является единственно возможным для дальнейшего увеличения скорости охлаждения и, как следствие, скорости кристаллизации. Уменьшение размеров гранул до размеров порошинок приводит к серьезным технологическим проблемам при дальнейшей консолидации гранул и по сути является тупиковой ветвью дальнейшего развития методов гранулирования.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена анализу панельного флаттера функционально-градиентных оболочек, обтекаемых сверхзвуковым потоком газа. Аэродинамическое давление вычисляется согласно квазистатической аэродинамической теории. Внутренняя поверхность конструкции выполнена из алюминия, а наружная - из оксида циркония. Эффективные свойства материала непрерывно изменяются по толщине оболочки в зависимости от радиальной координаты по степенному закону. Геометрические и физические соотношения, а также уравнения движения, записанные в рамках классической теории оболочек, преобразуются к системе восьми обыкновенных дифференциальных уравнений относительно новых неизвестных. Решение задачи сведено к интегрированию полученной системы методом ортогональной прогонки Годунова на каждом шаге итерационной процедуры метода Мюллера, используемой для вычисления комплексных собственных значений. Достоверность алгоритма оценена путем сравнения с известными экспериментальными и теоретическими данными. Приведены результаты численных экспериментов по оценке влияния свойств функционально-градиентного материала на границы аэроупругой устойчивости круговых цилиндрических оболочек при разных комбинациях граничных условий и линейных размерах. Установлено, что форма потери аэроупругой устойчивости определяется не только геометрическими характеристиками конструкции и граничными условиями, но и заданной консистенцией функционально-градиентного материала. Показано, что эффективное управление критическими значениями аэродинамической нагрузки за счет изменения свойств функционально-градиентного материала возможно только для оболочек с определенными геометрическими размерами.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена изучению поведения цилиндрических тел из конструкционных сталей в условиях совместного растяжения и кручения при сложном нагружении. Исследование направлено на изучение и последующую модернизацию методики повышения усталостной долговечности цилиндрических изделий. Она заключается в создании в приповерхностной области изделия благоприятных осевых сжимающих остаточных напряжений за счет последовательного упругопластического деформирования сначала растяжением, а затем, при фиксации полученной при растяжении продольной деформации, кручением. Построена математическая модель упругопластического деформирования совместным растяжением и кручением однородного цилиндрического тела, которая позволяет рассчитать распределение созданных в теле остаточных напряжений. Для проверки адекватности получаемого решения и определения необходимых материальных параметров модели проведены испытания на цилиндрических образцах из стали 15Х2ГМФ. Необходимые исследования выполнены в Центре экспериментальной механики Пермского национального исследовательского политехнического университета на универсальной двухосевой сервогидравлической испытательной системе Instron 8850, позволяющей проводить нагружение совместным растяжением и кручением. По результатам проведенных экспериментов получены графики зависимостей продольной силы и крутящего момента от угла закручивания при исследуемых последовательностях деформирования. Путем сравнения экспериментальных и расчетных зависимостей подтверждена адекватность разработанной модели и установлена область режимов деформирования, в которой она с допустимой для практики точностью отражает поведение материала. Взамен существующей методики деформирования, включающей однократное кручение изделия, находящегося в состоянии растяжения, рассмотрена новая методика, заключающаяся в реверсивном (знакопеременном) кручении цилиндрического тела, находящегося в состоянии растяжения. Деформирование последовательным растяжением и реверсивным кручением позволяет обеспечить благоприятное (с позиции повышения усталостной долговечности) распределение остаточных осевых напряжений по поперечному сечению тела при минимальных значениях остаточных касательных напряжений.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача определения силы сопротивления внедрению ударника с плоским торцом в сухой и водонасыщенный песчаный грунт в рамках методики обращенного эксперимента. В эксперименте контейнер с грунтом наносит удар по торцу мерного стержня, а значение силы сопротивления определяется на основе показаний датчика деформаций на поверхности мерного стержня на удалении от его торца. Численно исследован процесс распространения импульсов сжатия, образующихся при ударе о торец мерного стержня контейнера с водонасыщенным и сухим песчаным грунтом. Сжимаемость грунта отражается ударной адиабатой, сдвиговые свойства грунта описывает дробно-рациональная зависимость предела текучести от давления. Ударные адиабаты грунта различного водонасыщения получены на основе модели многокомпонентной среды. Численно получены зависимости от времени силы сопротивления внедрению цилиндрического ударника в сухой, влажный и водонасыщенный песчаный грунт. Отмечена меньшая длительность нестационарной стадии импульса силы во влажном грунте по сравнению с сухим грунтом. Проведен анализ погрешности определения усилия, действующего на ударник, по значениям импульса деформации на поверхности мерного стержня. Численно продемонстрирован эффект действия геометрической дисперсии при распространении вдоль стержня импульса сжатия с длиной волны, сравнимой с радиусом цилиндра. Для восстановления импульса на торце стержня по его значениям на поверхности на удалении от места приложения нагрузки применяются модифицированные методики с поправками на дисперсию и с дополнительным учетом неравномерности распределения деформаций по поперечному сечению стержня. Отмечены искажения формы восстановленного импульса, получена зависимость ошибки в определении максимального значения от длительности нестационарной части исходного импульса. Показана достоверность определения квазистационарного значения силы сопротивления внедрению после введения поправок на дисперсию как в сухом, так и в водонасыщенном грунте.
Бесплатно
Статья научная
Задача деформирования и упругопластического выпучивания оболочек вращения с толстостенным упругим заполнителем при комбинированных статических и динамических нагружениях формулируется в плоской двумерной постановке исходя из двух подходов: полномасштабное моделирование в рамках механики сплошных сред и упрощенная постановка, основанная на гипотезах теории оболочек типа Тимошенко и основания Винклера. Оба подхода позволяют решать задачи деформирования и устойчивости непологих оболочек с учетом геометрических нелинейностей. Постановка с позиций механики сплошных сред позволяет аппроксимировать оболочку и заполнитель по толщине рядом слоев конечных элементов. Определяющие соотношения формулируются в переменных Лагранжа с использованием в качестве отсчетной неподвижной декартовой системы координат. Кинематические соотношения записываются в метрике текущего состояния. Упругопластические свойства оболочек описываются теорией пластического течения с изотропным упрочнением. Уравнения движения следуют из баланса виртуальных мощностей работ. В первом подходе контактное взаимодействие оболочки и упругого тела моделируется условиями непроникания по нормали и свободного проскальзывания вдоль касательной. Условия непроникания выполняются только в активной фазе контактного взаимодействия, при нарушении контакта они заменяются условиями на свободной поверхности. Во втором подходе контактное взаимодействие упругого заполнителя с оболочкой моделируется основанием Винклера. Оба подхода позволяют описать нелинейное докритическое деформирование оболочек вращения с упругим заполнителем, определить предельные (критические) нагрузки в широком диапазоне скоростей нагружения с учетом геометрических несовершенств формы. С применением обоих подходов выполнено численное моделирование задачи контактного взаимодействия упругопластической цилиндрической оболочки с толстостенным упругим заполнителем при квазистатическом равномерном внешнем давлении. Проведено исследование влияния толщины и начальной погиби оболочки, а также жесткости и толщины заполнителя на величину критического давления и формы потери устойчивости. На основании этих расчетов сделан вывод о широкой области применимости модели основания Винклера.
Бесплатно
Исследование процесса несимметричной прокатки заготовок
Статья научная
Процесс несимметричной прокатки хорошо зарекомендовал себя как способ снижения давления на валки и усилия прокатки, улучшения механических характеристик прокатываемого металла. В качестве факторов, обеспечивающих несимметричность процесса, обычно используют рассогласование окружных скоростей рабочих валков, различные диаметры прокатных валков, коэффициенты трения и др. Особенно перспективными являются методы, обеспечивающие изменение характера течения металла за счет воздействия рабочих элементов со специальной конфигурацией рабочей поверхности. В данной статье изложены результаты исследования напряженного состояния, скоростных и силовых параметров при прокатке полосы в биконических валках с вогнутой и выпуклой поверхностями. Анализ результатов, полученных аналитическими методами, показал, что интенсивность скоростей деформации сдвига по ширине полосы составляет 0,36-0,65 с-1, что невозможно реализовать при прокатке в гладких цилиндрических валках, где наблюдается интенсивное вытягивание зерен по направлению прокатки. Возникновение высоких значений интенсивности деформации сдвига создает в очаге деформации благоприятные условия для предотвращения вытягивания структуры и уменьшения опасных растягивающих напряжений. Результаты исследования показали превалирование сжимающих напряжений в очаге деформации, которые препятствуют интенсивному вытягиванию зерен в продольном направлении, снижают растягивающие напряжения и способствуют выравниванию механических свойств, закрытию и завариванию внутренних дефектов. Предложены теоретические зависимости для расчета силовых параметров при несимметричной прокатке в биконических валках. Полученные модели напряженного состояния, годографа скоростей, силовых характеристик прогнозируют эффективность применения биконических валков в составе станов холодной и горячей прокатки.
Бесплатно
