ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В. В. Елисеев А. М. Гольцев А.Н.Струков

Технологические испытания

с использованием ЭВМ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2014

УДК 539.3/7

Елисеев В.В. Технологические испытания с использованием ЭВМ: учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (1,3 Мб) / В.В. Елисеев, А.М. Гольцев, А.Н. Струков. - Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) : цв. – Систем. требования : ПК 500 и выше ; 256 Мб ОЗУ ; Windows XP ; SVGA с разрешением 1024x768 ; MS Word 2007 или более поздняя версия или (Adobe Acrobat) ; CD-ROM дисковод ; мышь. – Загл. с экрана. – Диск и сопровод. материал помещены в контейнер 12х14 см.

Учебное пособие включает краткое теоретическое описание и методику выполнения лабораторных работ по курсам «Механика», «Прикладная механика» и «Техническая механика».

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» (профиль «Электронное машиностроение»), дисциплине «Техническая механика».

Табл. 10. Ил. 36. Библиогр.: 5 назв.

Рецензенты: кафедра программного обеспечения и администрирования информационных систем Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф.

М.А. Артёмов);

д-р техн. наук, проф. С.С. Одинг

© Елисеев В.В., Гольцев А.М.,

Струков А.Н., 2014

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет», 2014

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. 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.

1. Механические характеристики материалов

1.1. 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 уравнением Свифта:

(1)

где А, m, ₀ - параметры аппроксимации.

М етодика испытаний состоит в следующем. Вырезаются образцы из полки профильной детали. Размеры образца для испытаний на одноосное растяжение представлены на рис.1.

Рис. 1

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).

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 кривой течения материала в координатах: истинное напряжение – логарифмическая деформация.

Диаграмму растяжения записывают в координатах: растягивающее усилие Р (Н) - удлинение l (мм); максимальное растягивающее усилие F_m (H); утонение или ширина границ рабочей части образца на расстоянии, не менее ширины образца от места разрушения.

Рис. 3

Обработка результатов испытаний: 1. В результате обработки диаграммы растяжения рассчитывают параметры сопротивления пластическому растяжению: условный предел текучести R_p02 и предел прочности R_m, равномерное остаточное удлинение A_g :

(2)

(3)

F_p0.2 - 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

(4)

S₀ - исходная площадь поперечного сечения образца до растяжения; _l- масштаб диаграммы по удлинению

(5)

l_u - 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.

(6)

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 F_m в Ньютонах, абсциссу остаточного удлинения l_r , площадь поперечного сечения S₀, расчетную длину образца после разрушения l_u и абсциссу, соответствующую равномерному удлинению l_g.

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.

Таблица 1