1937
.pdfВ.В. Елисеев А.М. Гольцев Ю.М. Елизаров А.Д. Комаров Е.П. Крупин М.А. Конасов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ
Учебное пособие
Воронеж 2005
УДК 539.3/7
3
Технологические испытания с использованием ЭВМ: Учеб. пособие / В.В. Елисеев, А.М. Гольцев, Ю.А. Елизаров, А.Д. Комаров, Е.П. Крупин, М.А. Конасов; Под ред. В.В. Елисеева. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 96 с.
Учебное пособие включает краткое теоретическое описание и методику выполнения лабораторных работ по курсам «Механика» и «Технологическая механика».
Учебное пособие соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 651400 «Машиностроительные технологии и оборудование»,
специальностям 100700, 311400, 220300, 330600, 180100, 180400, дисциплинам «Механика» и «Технологическая механика».
Темы, включенные в издание, подготовлены преподавателями кафедры прикладной механики: В.В. Елисеевым, канд. тех. наук 1-13; А.М. Гольцевым, канд. тех. наук - 1,5,7; Ю.М. Елизаровым - 1,3,4; А.Д. Комаровым - 6,7,10,11,12; Е.П. Крупиным - 2,3,5,7; М.А. Конасовым - 1,2,4.
Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 2000 и содержится в файле Пособие.rar.
Табл. 9. Ил. 34. Библиогр.: 5 назв.
Рецензенты: кафедра прикладной и теоретической механики ВГУ д-р ф-м. наук, проф. Т.Д. Семыкина;
д-р техн. наук, проф. С.С.Одинг
©Коллектив авторов, 2005
©Оформление. ГОУВПО Воронежский государственный
технический у
4
1.ВВЕДЕНИЕ
Основные данные, необходимые для моделирования операции пластического формообразования на прессовом оборудовании с ЧПУ, можно разделить на три типа: основные механические характеристики сопротивления пластическому деформированию, предельные характеристики пластичности материала различной природы, параметры поверхности начала пластического течения /1/. Для моделирования операций пластического течения требуются также и характеристики взаимодействия заготовки с инструментом.
К первому типу данных относятся стандартные характеристики прочности и пластичности материалов: пределы прочности и текучести, равномерная деформация и относительное остаточное удлинение. Сюда же следует отнести параметры анизотропии, которые описывают анизотропию свойств большинства листовых материалов.
Ко второму типу данных относят предельные деформационные свойства сплава, превышение которых приводит к появлению различных браковочных признаков на поверхности детали: недопустимый рост зерна, выпучивание складки, линии скольжения, трещины, разрывы и т.д.
Третий раздел механических характеристик предназначен для описания поверхности начала пластического течения материала для различных условий пластического течения /2/.
Четвертый тип данных включает условия трения в области контакта заготовки с инструментом, которые описываются обычно коэффициентами трения и технологическими параметрами процесса, влияющими на характер трения между заготовкой и инструментом.
Результаты испытаний используют в различных вычислительных пакетах на базе метода конечных элементов
(ANSYS, ABAQUS, PAM-STAMP, LS-DYNA, RADIUS, PAM CRASH и др.) для прогнозирования разрушения деталей в процессе динамического воздействия на конструкцию, т.е.
5
Crash test. Прогноз предельного поведения материала заготовки строится на диаграммах предельных деформаций и диаграмма разрушения, основанных на модели разрушения срезом и отрывом.
Необходимо также отметить, что большинство механических и технологических характеристик материалов зависят от скорости деформирования, особенно важных в случае динамического нагружения, когда скорость деформирования достигает 103 с-1.
Точность и эффективность моделирования технологических операций зависит не в последнюю очередь от точности определения механических характеристик. Для решения этой задачи необходима автоматизация процессов измерения и совершенных методов обработки результатов испытаний с использованием современных компьютерных систем и электронных датчиков измерений.
В настоящем пособии студентам предлагается познакомиться с основными видами механических и технологических испытаний, которые необходимо проводить в ЦЗЛ авиационного и машиностроительного предприятия для формирования баз данных САПР технологических операций холодной штамповки деталей из листа и профиля
6
2. Механические характеристики материалов
2.1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Определение параметров кривой течения по испытаниям на одноосное растяжение
Целью испытания является определение характеристик сопротивления пластическому деформированию материала параметров аппроксимации кривой течения в координатах обобщенное истинное напряжение - обобщенная пластическая логарифмическая деформация e уравнением Свифта:
A(e 0 )m , |
(1) |
где А, m, 0 - параметры аппроксимации.
Методика испытаний состоит в следующем. Вырезаются образцы из полки профильной детали. Размеры образца для испытаний на одноосное растяжение представлены на рис.1.
12 |
R30 |
20 |
0.10 |
2 отв. |
|
|
|
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
20 |
|
|
||
|
h* толщина образца |
|||
|
|
|||
40 |
40 |
80 0.10 |
240
40
Рис.1
7
Подготовка образцов к испытанию: размеры поперечного сечения образца в области рабочей длины измеряются с точностью 0.01 мм. Первоначальная площадь поперечного сечения F0 определяется как минимальная по результатам двух-трех измерений ширины B0 и толщины h0 в области расчетной длины образца. На рабочей длине наносят границы на базе l0 =80 мм и прямоугольную сетку с шагом 15 мм. Точность нанесения сетки 0.02 мм (рис.2).
Расчетная длина образца l0=80 мм
b0
a0
Рис.2
Испытания: проводят на стандартном оборудовании, обеспечивающем растяжение образца по схеме одноосного растяжения при постоянной скорости деформирования
0.001-0.005c-1.
Измерение растягивающего усилия и осевого удлинения производят электронными аналоговыми датчиками, сигнал с которых поступает на ПК-карту в персональный компьютер(рис.3). С помощью специального программного обеспечения, написанного в среде LABVIEW-7, производится оцифровка и визуализация диаграммы растяжения в режиме реального времени. Эта функция обеспечивает получение табулированной диаграммы растяжения, которая записывается в текстовый файл для последующей обработки и построения
8
истинное
в координатах: растягивающее усилие Р (Н) - удлинение l (мм); максимальное растягивающее усилие Fm (H); утонение или ширина границ рабочей части образца на расстоянии, не менее ширины образца от места разрушения.
Система регистрации, обработки и визуализации экспериментальных данных
Датчик
крутящего момента.
Датчик улов кручения
Датчик
усилия
|
|
BMC |
|
Датчик |
|||
|
карта |
||
осевого |
|
||
|
|
||
удлинения |
|
|
|
|
|
|
Датчик
окружного
удлинения
Датчик
давления
Рис.3
Обработка результатов испытаний: 1. В результате обработки диаграммы растяжения рассчитывают параметры сопротивления пластическому растяжению: условный предел текучести Rp02 и предел прочности Rm, равномерное остаточное удлинение Ag :
9
|
Rp0.2 |
|
Fp0.2 |
; |
|||
|
|
|
S0 |
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Fm |
|
|
(2) |
|
|
R |
. |
|
||||
|
|
|
|||||
|
|
m |
S0 |
|
|||
|
|
|
|
||||
Ag |
ln |
l0 |
l lg |
; |
(3) |
||
l0 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Fp0.2 - усилие растяжения, соответствующее условному пределу текучести при остаточной деформации 0,2 % (рис.4). Для вычисления этой величины ординату соответствующей точки на кривой течения умножают на масштаб по усилию
Fm ;
F ~ (4)
Fm
S0 - исходная площадь поперечного сечения образца до растяжения; l- масштаб диаграммы по удлинению
|
lu |
l0 |
; |
(5) |
l |
|
|
||
|
|
lr |
|
lu - длина рабочей части образца после разрушения. Расчету подлежат результаты испытаний только тех образцов, разрушение которых произошло в области, отстоящей не менее трети расчетной длины от ее границ.
Рекомендуется также определять относительное остаточное удлинение A на базовой длине 80 мм как стандартную характеристику, по которой дополнительно можно проверить качество проведенного эксперимента.
10
A |
lu l0 |
100(%); |
|
|
(6) |
||
|
l0 |
||
|
|
~
~ F (в масштабе F)
Fm
~
Fp0.
|
С=0.002 lr(l0/(lu-l0)) |
C |
l (в масштабе l) |
|
lg |
lr
Рис.4
Диаграммы растяжения образцов, ориентированных в одном направлении, аппроксимируют уравнением Свифта (1). Аппроксимация производится методом наименьших квадратов с помощью вычислительной программы. Для подготовки входных данных с каждой кривой растяжения (рис.4) снимают координаты 1000-5000-ти точек через равные интервалы по времени. Точка диаграммы, соответствующая пределу текучести, является первой в этом диапазоне, а пределу прочности - последней. Кроме того, для каждой кривой вводят: наибольшую нагрузку Fm в Ньютонах, абсциссу остаточного удлинения lr , площадь поперечного сечения S0, расчетную длину образца после разрушения lu и абсциссу, соответствующую равномерному удлинению lg.
11
На выходе программы получают все перечисленные характеристики материала (2)-(5) и параметры уравнения (1), рассчитанные по методу наименьших квадратов. Результаты выдаются в виде средних арифметических характеристик и их среднеквадратических отклонений.
Ниже приводится протокол испытания, который заполняется как на стадии измерения исходных размеров образца, так и после записи диаграммы растяжения и измерения образца после разрушения.
12