18.4. Статический расчет мкэ
При статическом расчете бесконтактной задачи МКЭ реализуется в целом блок-схема, представленная на рис. 88.
Составление КЭ модели включает в себя не только разбиение детали на КЭ, но и задание внешних нагрузок, закреплений (граничных условий), характеристик материала детали. Причем КЭ модели могут быть плоские, объемные, сосредоточенные, распределенные по поверхности или объему (например, давление и вес). Даже если внешние нагрузки распределенные, они все равно в процессе расчета приводятся к узлам КЭ, становясь сосредоточенными. Материал детали может быть не изотропным. Эта возможность используется в некоторых практических задачах, представляющих определенный интерес.
При диагностике модели проверяются форма КЭ, нумерация узлов в КЭ, граничные условия, характеристики материала детали (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность не могут быть отрицательными величинами).
Перенумерация ансамбля КЭ осуществляется для того, чтобы оптимизировать матрицу жесткости, т.е. привести ее к ленточному виду с минимально возможной шириной ленты. Это делается для того, чтобы математические методы, используемые при расчете, наилучшим образом использовали ленточный вид и симметричность матрицы жесткости.
Рис. 88. Последовательность статического расчёта МКЭ
бесконтактной задачи
Основными требованиями, которые предъявляются к математическим методам расчета, являются их быстрота и точность.
Важно отметить, что результаты, которые получают, используя МКЭ, являются приближенными к физической системе, которая представлена дискретной математической моделью.
Физическая система обладает бесконечным числом степеней свободы, в то время как дискретная модель (модель МКЭ) имеет конечное число степеней свободы. Степень приближения в вычислительных результатах зависит от того, насколько близко смоделирована физическая система.
Процесс построения модели обладает многими возможностями: имеются виды элементов и формы, материальные и геометрические свойства, приближенные нагрузки и граничные условия. Каждый из данных показателей может вызвать искажение фактической физической системы.
После получения результатов, их можно увидеть на мониторе компьютера, используя специальные программы, называемые постпроцессорами. Но результаты должны быть соответствующим образом подготовлены. Только после подготовки данные загружаются в постпроцессор.
18.5. Работа с кэ пакетом программ
Программный продукт COSMOSWorks, который будет использоваться при проведении практических занятий, является мощным пакетом программ КЭ анализа, поддерживаемый графическим препроцессором для геометрического и КЭ моделирования и обладающий постпроцессором для отображения и анализа результатов расчета. В качестве графического препроцессора пакет COSMOSWorks использует программу SolidWorks, которая одновременно является и его постпроцессором.
В версии, находящейся в распоряжении ЗАО ”Тяжмехпресс”, можно решать задачи линейной и нелинейной статики, собственных колебаний, устойчивости для КЭ модели абсолютно упругого тела, т.е. зависимость деформаций от напряжений прямо пропорциональна при любых напряжениях.
Для дискретных механических систем можно провести модальный динамический анализ.
Следует сказать, что предложение на рынке КЭ программного обеспечения постоянно растет. Появляются не только новые пакеты программ, но и обновленные версии устаревших, с помощью которых можно делать и прочностные расчеты, и многие технологические задачи. Однако, такие расчетные пакеты, применяющие метод конечных элементов предъявляют специфические требования к техническому обеспечению.
Так, для обеспечения нормальной производительности большинства КЭ пакетов сегодня необходимо иметь персональный компьютер со следующими техническими характеристиками и программным обеспечением (ПО) (см. табл. 3).
Таблица 3
Параметр |
Значение |
Процессор |
Pentium IVHT или выше (от 3,0 ГГц) |
ОЗУ |
от 1 ГГб |
HDD |
от 80 ГГб |
ОС |
Microsoft Windows XP или выше |
ПО |
SolidWorks 2004 или выше |
Такая характеристика позволит решать самые сложные задачи за минимальные затраты машинного времени.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие оборудования как средства производства тесным образом связано с требованиями технологии. Обработка давлением со средними и высокими скоростями, длинномерных и крупногабаритных деталей является в ряде случаев единственно возможным способом при получении поковок из специальных металлов и сплавов. Специальные виды оборудования различного конструктивного исполнения и принципа действия широко используются в авиамоторной, ракетостроительной отрасли, в атомном машиностроении и при мелкосерийном производстве как наиболее технико-экономически эффективные в этих условиях.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кузнечно-штамповочное оборудование. / А.Н. Банкетов, Е.Н. Ланской и др. М.: Машиностроение, 1982, 576 с.
2. В.И. Залесский. Оборудование кузнечнопрессовых цехов. М. Высшая школа, 1973, 625 с.
3. Л.И. Живов, А.Г. Овчинников. Кузнечноштамповочное оборудование. М. Высшая школа, 1972, 279 с.
4. В.Ф. Щеглов. Кузнечнопрессовые машины. М.: Машиностроение, 1979, 330 с.
5. Ю.А. Бочаров, В.Н. Прокофьев. Гидропривод кузнечнопрессовых машин. М.: Высшая школа, 1969,248 с.
6. Б. П. Васильев Гидравлические прессы. М.: Машиностроение, 1966, 436 с.
7. Шатуны кривошипных прессов. Прочность и упругие деформации: Методические указания. Воронеж: ТМП, 1989. 120 с.
8. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. 224 с.
9. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. М.: Высшая школа, 1986. 606 с.
10. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………3
1. Принцип действия гидравлического пресса, рабочий
цикл, основные параметры…………………………………..4
2. Классификация гидравлических прессов
по технологическому назначению…………………………...6
3. Элементы гидропрессовой установки
и системы привода…………………………………………...10
3.1. Насосно-безаккумуляторный привод……………….11
3.1.1. Использование мощности насосов…………...13
3.2. Насосно-аккумуляторный привод…………………..15
3.3. Гидропресс с мультипликаторным и
насосно-аккумуляторным приводом…………….….17
3.4. Выбор типа привода в зависимости от
технологического назначения пресса………………18
4. Элементы расчёта систем гидропрессов……………………19
4.1. Динамический расчёт пресса с насосно-аккуму-
ляторным приводом………………………………….22
4.1.1. Рабочий ход пресса……………………………22
4.1.2. Холостой ход вниз…………………………….26
4.1.3. Обратный ход пресса………………………….28
5. Гидравлический удар в трубопроводах……………………..30
6. Компенсаторы гидроудара…………………………………...33
7. Конструкция и расчёт оборудования
гидропрессовых установок………………………………….34
7.1. Насосы………………………………………………...34
7.1.1. Кривошипно-плунжерные насосы……………35
7.1.2. Ротационно-плунжерный насос………………37
7.1.3. Эксцентриково-плунжерный насос…………..39
7.1.4. Лопастной насос (двойного действия)……….40
7.1.5. Шестеренные насосы………………………….40
7.2. Аккумуляторы………………………………………..41
7.2.1. Грузовой аккумулятор………………………...41
7.2.2. Поршневой воздушно-гидравлический
аккумулятор……………………………………42
7.2.3. Пневмогидравлические аккумуляторы………44
7.2.4. Насосно-аккумуляторная станция………........47
7.2.5. Аппаратура контроля уровня жидкости
в аккумуляторе…………………………….......49
7.3. Наполнительный бак…………………………………50
7.4. Распределительные и регулирующие устройства….52
8. Конструкция и расчёт узлов и деталей
гидравлического пресса……………………………………..56
8.1. Цилиндры……………………………………………..56
8.2. Плунжеры…………………………………………….61
8.3. Уплотнения подвижных и неподвижных
соединений…………………………………………...62
8.4. Станины………………………………………………64
8.5. Поперечины…………………………………………..68
8.5.1. Нижняя поперечина…………………………...68
8.5.2. Верхняя поперечина…………………………..68
8.5.3. Подвижные поперечины………………………69
8.6. Перспективы развития гидропрессостроения……..71
9. Ротационные машины………………………………………..71
9.1. Правильно-гибочные машины………………………72
9.2. Расчет правильно-гибочных машин………………...74
9.3. Листоправильные машины…………………………..77
9.4. Деформация валков правильных машин…………...79
10. Дисковые ножницы…………………………………………80
10.1. Однодисковые ножницы…………………………...80
10.2. Двухдисковые ножницы……………………………80
10.3. Многодисковые ножницы………………………….81
10.4. Расчет дисковых ножниц…………………………...82
11. Ковочные вальцы……………………………………………84
11.1. Консольные вальцы………………………………...85
11.2. Закрытые вальцы……………………………………86
11.3. Комбинированные вальцы…………………………86
11.4. Многоклетьевые вальцы……………………………86
11.5. Вальцы для поперечно-клиновой вальцовки……...86
11.6. Расчет ковочных вальцев…………………………..87
11.7. Регулировка рабочих валков……………………….89
11.7.1. Радиальная регулировка……………………89
11.7.2. Угловая регулировка……………………….91
11.7.3. Осевая регулировка и крепление
штампов……………………………………..92
12. Машины для обкатки днищ………………………………...93
13. Станы для раскатки колец и колёс…………………………96
14. Станы для периодической прокатки……………………….97
15. Обжимные машины…………………………………………99
15.1. Ротационно-обжимные машины…………………...99
15.2. Радиально-обжимные машины…………………...101
15.3. Расчет обжимных машин…………………………102
16. Роторные машины…………………………………………102
16.1. Основы проектирования роторных машин………104
17. Импульсные машины……………………………………...106
17.1. Гидроимпульсные машины……………………….107
17.2. Гидравлический молот……………………………108
17.3. Газовые импульсные машины……………………110
17.4. Взрывные машины………………………………...111
17.5. Электрогидроимпульсные машины……………...112
17.6. Магнитно-импульсные машины………………….113
17.7. Гидро и газостаты…………………………………114
18. Основные положения МКЭ……………………………….115
18.1. Научно-технический прогресс в кузнечно-
штамповочном производстве и методах
проектирования……………………………………115
18.2. Основные понятия МКЭ…………………………..116
18.3. Принцип расчета монолитных
конструкций МКЭ…………………………………121
18.4. Статический расчет МКЭ…………………………124
18.5. Работа с КЭ пакетом программ…………………...126
Заключение…...……………………………………………...…128
Библиографический список…………………………………...129
Учебное издание
Иванов Алексей Викторович
Гольцев Александр Михайлович
Бойко Александр Юрьевич
Новокщёнов Сергей Леонидович
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ