Численные методы моделирования. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Цифровой двойник быстроходной гусеничной машины с бортовым гидрообъёмным механизмом поворота
Статья научная
Статья посвящена исследованию процессов, происходящих в трансмиссии и механизме поворота быстроходного тягача МТЛБу с оригинальной структурой механизма передач и поворота (МПП). Традиционная конструкция зубчато-рычажного двухпоточного МПП дополнена тремя гидромашинами, соединенными двумя гидролиниями. Это позволило тягачу реализовать любой радиус поворота от прямолинейного движения до разворота на месте вокруг центра тяжести. Разработана математическая модель (цифровой двойник) быстроходного гусеничного тягача, с помощью которого удалось выбрать параметры автоматической системы управления движением МТЛБу, обеспечивающей прохождение машиной трассы типа змейки на четвертой передаче, со скоростью 34 км/час, что недостижимо при традиционном МПП этой машины. Проанализированы показатели управляемости движения МТЛБу вблизи границы заноса. Показано, что поворот быстроходной гусеничной машины на границе заноса весьма привлекателен с энергетической точки зрения. Поворот за счет инерционных сил существенно разгружает двигатель внутреннего сгорания и в итоге сокращает расход топлива. Сложность состоит в управлении машиной на границе заноса. В статье показано, что следящая система управления успешно решает эту проблему. В качестве задающего сигнала использована информация о кривизне трассы, которая может формироваться GPS-навигацией или реперными точками на местности. Результатом исследования являются графики изменения параметра регулирования насоса гидрообъёмной передачи, давления в магистралях гидрообъёмной передачи, частот вращения ведущих колес, смещения полюса поворота, характеризующего степень приближения к границе заноса и траекторию движения в декартовых координатах.
Бесплатно
Численное моделирование стационарного течения жидкости в вихревом гидродиоде
Статья научная
Статья посвящена выбору параметров моделирования при проведении численного исследования течения жидкости в проточной части вихревого гидравлического диода. Течение жидкости в вихревом диоде является сложным, включающим в себя плоские и объемные вихри. Поэтому корректный выбор параметров моделирования при проведении численного эксперимента затруднителен. Обзор научно-технической литературы показал, что в настоящее время отсутствует единый подход при численном моделировании потоков в вихревом диоде. В данной работе проведено численное моделирование течения жидкости в прямом и обратном направлениях вихревого гидравлического диода с применением параметров, выявленных в ходе выполненного обзора литературы, как наиболее часто используемых в исследованиях вихревых диодов. Так, в качестве моделей турбулентностей применены k-ε, SST, RSM и ламинарная модель. Представлены результаты моделирования и их анализ. Кроме того, в ходе работы проведен физический эксперимент, целью которого явилось получение действительных характеристик исследуемого вихревого диода. Для проверки адекватности результатов численного моделирования с применением различных моделей турбулентности и ламинарной модели проведено сравнение результатов физического эксперимента и результатов численного моделирования. При этом сравнение производилось по сосредоточенным параметрам. Установлено, что в исследуемом диапазоне чисел Рейнольдса наиболее предпочтительной с точки зрения точности получаемых результатов моделирования течения в вихревом диоде является модель турбулентности RSM для моделирования потока в прямом и обратном направлениях. При этом модель SST ввиду меньших требований к ресурсу в сравнении с RSM и относительно высокой точности моделирования потоков в вихревых диодах при больших числах Рейнольдса может быть использована в моделировании для предварительных расчетов гидродиода.
Бесплатно
Статья научная
Для получения точных деталей из волоконно-армированных композитных материалов (ВКМ) объемного плетения ортогональной структуры все чаще применяется лезвийная обработка. Недостатком этого процесса обработки является появление на обработанной поверхности повышенной ворсистости, отрывов волокон от матрицы, отслаиваний и сколов. Для минимизации этого недостатка одним из решений является применение рациональных параметров инструментов и рационального движения лезвия инструмента по отношению к осям волокон. Данное движение может быть выявлено на основе численного компьютерного микромоделирования процесса стружкообразования. Однако для такого моделирования необходимо иметь как геометрическую модель самого композита, так и модели материалов, из которых он составлен, включая модель граничного слоя между волокнами и матрицей. Наиболее перспективным видом микромоделирования резания представляется моделирование на основе метода гидродинамики сглаженных частиц - Smooth Particle Hydrodynamics (SPH). Пока не удалось обнаружить в опубликованной литературе SPH-микромодели композитов объемного плетения с граничными слоями. Не удалось найти и модели материалов для граничных слоев матрица - волокно. С целью решения задачи рационального резания лезвийными инструментами заготовок из ВКМ выполнен анализ опубликованных моделей материалов и параметров таких моделей для последующего их использования в SPH-моделировании процесса резания. Анализ позволил выбрать требуемые модели материалов и их параметры для материалов волокон и матрицы применительно к металлическому композиту. На основе анализа полученных по таким моделям графиков были выбраны параметры для модели граничного слоя волокно - матрица. В основе данного выбора лежит гипотеза, что такой граничный слой должен быть описан той же моделью, что будет применяться для самой матрицы, но с параметрами, определяющими меньшие напряжения разрушения. Полученные решения планируется применить для моделирования лезвийного резания заготовки из ВКМ объемного плетения во второй части статьи.
Бесплатно
Статья научная
Данная статья является продолжением первой ее части и посвящена собственно моделированию процесса резания заготовки из композита. Поскольку для получения точных деталей из волоконно-армированных композитных материалов (ВКМ) объемного плетения ортогональной структуры все чаще применяется лезвийная обработка, то прогнозирование качества обработанных поверхностей целесообразно выполнять с использованием численного компьютерного моделирования. Для создания численных физических моделей такой обработки применяются соответствующие им численные методы геометрического моделирования инструментов и самих композитных заготовок, включая воксельное моделирование. Последнее, в отличие от аналитической геометрии в пространстве, является абсолютно устойчивым для описания поверхностей любой степени сложности. Поскольку все реальные объекты, включая волокна композита, имеют шероховатость поверхностей, то воксельные модели являются эффективным инструментом для выбранного моделирования композита. Кроме того, воксели как частицы являются геометрическими аналогами частиц физического моделирования по методу гидродинамики сглаженных частиц - Smooth Particle Hydrodynamics (SPH), все чаще применяемого для моделирования процессов резания лезвийными инструментами. Исходя из этого, в работе рассматривается создание воксельной модели заготовки из ВКМ объемного плетения, получение на ее основе SPH-модели композита и расчет напряженно-деформированного состояния зоны резания при лезвийной обработке. В указанной модели процесса резания используются выбранные в первой части статьи модели материалов и их параметры. Такой моделью для металлических композитов является модель Джонсона-Кука, для которой в первой части статьи были выбраны параметры и для граничного слоя волокно - матрица. Результаты моделирования обработки первоначально заготовки из гомогенного материала показали обнадеживающий результат. Последующее моделирование резания заготовки из композита показало отличия напряженно-деформированного состояния ее зоны резания от такой зоны для гомогенной заготовки, включая повышенные величины сколов в момент выхода лезвия инструмента из этой заготовки. Были обнаружены и другие отличия для этих двух случаев, которые необходимо принимать во внимание при выборе параметров технологической операции и элементов технологической системы. Наряду с этим в работе показано, что данные исследования требуют интенсивного дальнейшего изучения, в особенности уточнения модели и ее параметров для материала вышеуказанного граничного слоя.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты серии экспериментов по сверлению отверстий двухлезвийным сверлом. Эти эксперименты были проведены с целью подтверждения адекватности разработанной математической модели, предназначенной для расчета увода оси отверстия. Первым этапом создания математической модели было построение схем срезаемых сечений припусков с учетом погрешности главных углов в плане. Данная методика уже не раз применялась при исследовании подобных процессов обработки отверстий, и она постоянно совершенствуется, добавляются новые параметры, которые раньше не были учтены. Построение схем срезаемых сечений припуска осуществляется в программе Компас 3D. Следующим этапом были разработаны математические формулы, учитывающие особенности обработки отверстий концевым мерным инструментом, такие как погрешности главного угла в плане, амплитуда осевых колебаний инструмента и прочие факторы. Математические формулы были выведены на основании построенных площадей срезаемых сечений припусков. В тексте статьи представлены основные параметры, использованные при проведении экспериментов. Также в статье описаны результаты измерений отклонения осей отверстий высокоточным измерительным оборудованием. Исследование позволяет на практике оценить эффективность разработанной математической модели и ее применимость в практических задачах. Эксперименты были проведены на одинаковых заготовках. При глубоком сверлении, т. е. свыше пяти диаметров отверстия, применялись сверла разного диаметра. Анализ представленных результатов и подтверждение адекватности математической модели позволяет сделать выводы о возможности использования этой модели для оптимизации процессов, а вследствие этого и повышения качества производства в технических отраслях.
Бесплатно
