Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

Экспериментальные исследования процесса гидроабразивной обработки проводились в условиях ОАО «Роствертол» на гидроабразивной установке Rosler WA140. Материалы образцов для экспериментальных исследований выбирали с учетом необходимости проверить универсальность теоретических моделей и возможности широкого применения результатов исследований для обработки деталей из машиностроительных материалов (сталь ХВГ, сталь 45, медь Моб, латунь Лс59, алюминий Д16, сталь 12х18н10Т). Использовали кварцевыйпесоксзернистостью30–60.

На рис. 1 и 2 приведены теоретические зависимости (кривые) и результаты экспериментальных исследований (точки) влияния расстояния от сопла до поверхности детали на съем металла и шероховатость поверхности.

Рис. 1. Зависимость съема металла от расстояния между соплом и обрабатываемой поверхностью

Рис. 2. Зависимость установившейся шероховатости поверхности от расстояния между соплом и обрабатываемой поверхностью

311

Полученные экспериментальные данные отличаются от теоретических не более чем на 20 %.

Библиографический список

1.Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. – М.: Наука, 1971. – С. 190–200.

2.Тамаркин М.А. Теоретические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. – Ростов н/Д, 1995.

312

УДК 621.77.07

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕСШОВНЫХ И ПРОДОЛЬНОШОВНЫХ СИЛЬФОНОВ РАЗЛИЧНЫХ ДИАМЕТРОВ

А.В. Лукиных

ПАО «Протон ПМ», Пермь, Россия

е-mail: pr@protonpm.ru

Представлен информационно-аналитический обзор технологии изготовления стальных сильфонов различными методами. Рассматриваются перспективные методы изготовления труб-заготовок для широкого диапазона типоразмеров. Рассмотрены различные механизмы и критерии выбора той или иной технологии для получения заготовок применительно к условиям конкретных производств.

Ключевые слова: гофр, сильфон, технология, трубы, ротационная вытяжка.

Сильфон представляет собой тонкостенный сосуд с концентрическими, волнообразными складками – гофрами (рисунок).

Рис. Сильфон

Металлические сильфоны являются широко распространенными конструктивными элементами многоцелевого назначения. Они используются в качестве различных линейных и угловых компенсирующих устройств трубопроводов, работающих в широком диапазоне внутренних давлений и температур. Конструкции сильфонов в зависимости от спектра выполняемых

313

задач очень разнообразны не только по геометрии, но и по технологии изготовления.

Наиболее приемлемым материалом для производства сильфонов в аэрокосмической и атомной промышленности является нержавеющая сталь типа 12Х18Н10Т, так как обеспечивает их устойчивую и длительную работу в условиях высоких температур и давлений, атакжевагрессивных средах приналичиивибраций.

В силу большой значимости и широкой номенклатуры сильфонных узлов для области авиа- и ракетного двигателестроения актуальными задачами являются унификация конструкций и технологий изготовления, повышение технологичности, качества и снижение себестоимости продукции.

Информационно-аналитический обзор показал большое разнообразие конструкций сильфонов и технологий получения заготовок. Каждый способ изготовления сильфонов имеет свою область применения, но, как правило, определяющим фактором является традиционная составляющая завода-изготовителя. Наиболее распространены способы изготовления тонких трубных заготовок вытяжкой или свернутых из листов и сваренных внахлест или встык, с последующим гофрированием этих заготовок с помощью роликов или на гидромеханическом прессе в специальной пресс-форме [1].

На сегодняшний день одним из основных способов производства труб-заготовок для многослойных тонкостенных сильфонов диаметром меньше 100 мм является изготовление методом последовательных вытяжек на горизонтально-протяжных штампах. Сильфоны диаметром 100 мм и выше изготавливаются из продольносваренных труб-заготовок. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки.

Перспективным методом изготовления труб-заготовок для широкого диапазона типоразмеров является ротационная вытяжка, с продольной сваркой для диаметров меньше 100 мм с применением новых технологий в области сварочного производства. При ротационной вытяжке (РВ) реализуется процесс получения полой осесимметричной детали из плоской или объ-

314

емной, полой вращающейся заготовки, деформируемой одним или несколькими роликами на вращающейся оправке. Характерной особенностью процесса РВ является наличие локального очага деформации, приводящего к заданному значительному утонению стенки исходной заготовки. Преимуществами ротационной технологии изготовления труб-заготовок для сильфонов перед широко используемой технологией вытяжкой штампом является высокий ресурс деталей, достигаемый знакопеременным деформированием, и несложная оснастка, позволяющая «открытым» способом изготавливать сильфоны любых размеров от малогабаритных до крупногабаритных [2].

В условиях быстроменяющейся геополитической обстановки, увеличения количества средне- и мелкосерийных российских проектов в рамках импортозамещения требуется повышение гибкости и мобильности в освоении технологических процессов и организации производства деталей. Основанием для принятия оптимальных конструкторско-технологических решений может стать инженерная методика выбора конструкции сильфонов, технологии получения заготовок, учитывающая ограничения, накладываемые конкретными производствами.

Автор выражает благодарность научным и производственным руководителям: декану аэрокосмического факультета ПНИПУ, профессору, д-ру техн. наук Р.В. Бульбовичу, главному технологу ПАО «Протон-ПМ» Д.Н. Замараеву, начальнику конструкторского отдела технологической оснастки ПАО «Про- тон-ПМ» А.А. Вишнякову.

Библиографический список

1.Бурцев К.Н. Металлические сильфоны. – М.: ГНТИМЛ, 1963. – 109 с.

2.Зубарев В.Ю., Корольков. В.И. Технология изготовления металлических сильфонов ротационной вытяжкой // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2010. – № 1–2, т. 12.

315

УДК 539.42:620.172.254

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УДАРНИКА И СЛОИСТОЙ ПРЕГРАДЫ

Т.Г. Мехоношина1, 2, М.А. Соковиков1, 2, О.Б. Наймарк1, 2, Ю.В. Баяндин1, 2

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: tatyana92.92.92@mail.ru,

2Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия

Проводится исследование разрушения слоистой преграды. В трехмерной постановке решается задача о пробивании двухслойной преграды (керамика+сплав алюминия) стальным ударником с плоской передней частью по нормали к поверхности преграды. Трение между ударником и преградой не учитывается. В результате моделирования необходимо оценить энергию, затраченную на разрушение преграды.

Ключевые слова: керамика, динамическое нагружение, слоистая преграда, разрушение, численное моделирование.

Проблема защиты элементов конструкции от ударных нагрузок имеет важное значение для современной космической, авиационной техники, так как средства динамического воздействия на защищаемые объекты постоянно совершенствуются. Предотвратить повреждение и разрушение защищаемых конструкций можно с использованием слоистых преград. При этом для эффективной защиты от высокоскоростного поражения часто используют керамику, которая выступает в качестве элемента защитной структуры. Несмотря на то что по своей природе керамические материалы являются хрупкими, при высокой скорости нагружения использование керамики достаточно эффективно.

316

Цель работы состоит в исследовании разрушения слоистой преграды при высокоскоростном соударении и численном моделировании данного процесса [1, 2].

Рассматривается процесс пробивания преграды с наружным керамическим слоем из корундовой керамики Al2O3, в качестве подложки используется слой сплава алюминия Д16.

Наружный керамический слой воспринимает основную ударную нагрузку, дробится на мелкие частицы и рассеивает кинетическую энергию снаряда. Остаточная кинетическая энергия снаряда поглощается упругой деформацией подложки.

Для моделирования исследуемого процесса используется система исходных уравнений, которая базируется на фундаментальных законах сохранения массы и импульса.

Рассматриваемая задача соударения двух деформируемых твердых тел в общем случае описывается системой уравнений, в которой для описания динамического воздействия используются: линейный закон Гука (1); уравнение неразрывности (2); уравнение движения (3) и условие аддитивности упругой и пластической деформации (4):

В (1)–(4) приняты следующие обозначения: – тензор напряжений; – тензор деформации; p , e – пластическая и упру-

гая составляющие тензора деформации; – тензор упругих модулей; – плотность материала; v – вектор скорости.

Для решаемой задачи принимается предположение об аддитивности деформаций, так как упругие деформации малы, а пластические деформации имеют гидродинамический характер.

317

Система основных уравнений дополняется необходимыми начальными и граничными условиями. Начальные условия для взаимодействующих тел задавались исходя из того, что их материалы в момент начала движения не деформированы. Ударник соударяется с преградой по нормали. Таким образом, в начальный момент времени все точки ударника имеют осевую скорость v0 .

Граничные условия ставятся следующим образом: на границах, свободных от напряжений, выполняются условияn n 0 . На участке контакта между телами ставится условие

идеального скольжения и условие непроникания по нормали. Схема нагружения исследуемой преграды представлена на

рисунке. Соударение происходит по нормали к поверхности. Предполагается отсутствие трения между ударником и преградой при их взаимодействии.

Рис. Схема к задаче о пробивании: 1 – стальной ударник; 2 – слой Al2O3; 3 – слой Д16

Параметры материалов модели приведены в таблице. Задача была решена численно в конечно-элементном паке-

те прикладных программ.

При моделировании процесс разрушения материала происходит сразу по достижении предельных эквивалентных пластических деформаций.

318

Параметры материалов

Жесткое закрепление мишени достигается путем ограничения перемещений на торцах преграды. Для моделирования соударения в начальный момент времени ударник ставится достаточно близко к мишени и ему задается начальная скорость (скорость соударения).

В результате численного моделирования были получены различные степени разрушения преграды в зависимости от скорости соударения и толщины защитного слоя.

Проводится работа по оценке энергии, затраченной на разрушение преграды.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 14-19-01173.

Библиографический список

1. Герасимов А.В. Численное моделирование пробития слоистых преград // Механика композиционных материалов

иконструкций. – 2013. – Т. 19, № 1. – С. 49–62.

2.Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В. Материалы и структуры легкой бронезащиты: учебник. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Бау-

мана, 2014. – 191 с.

3.Салахов А.М. Введение в технологию конструкционных материалов: учеб. пособие для студентов Института физики. –

Казань, 2014. – 149 с.

1 Данные для Al2O3 взяты из учебного пособия: Салахов А.М. Введение в технологию конструкционных материалов [3].

319

УДК 621.002.3-419; 620.22-419;.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ТОНКОСТЕННОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

С.В. Ветошкин, Ю.В. Баяндин, О.Б. Наймарк

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия e-mail: 1sega-w92@mail.ru

Для создания композитных изделий часто требуется применение комбинаций из нескольких материалов, использование большого количества слоев, уложенных в различных направлениях, правильного подбора последовательности их укладки

ит.д. Эти особенности делают процесс разработки конструк-

ций из композиционных материалов значительно более трудоемким в сравнении с изделиями из традиционных материалов1.

Рассматривается задача подбора оптимального угла армирования оболочки вращения, полученной методом намотки. В качестве армирующих волокон были выбраны базальтовые

истекловолоконные ровинги.

Ключевые слова: композиционные материалы, расчет цилиндрических оболочек, базальтовое волокно, Ansys.

В расчете рассматривалось поведение материала конструкции при заданной динамической нагрузке. Был произведен анализ выходных данных и определена схема армирования, при котором максимальные значения напряжений и деформаций были наименьшими в сравнении с другими схемами.

Рассматриваемая конструкция представляет собой оболочку вращения в форме «ракетного двигателя». Со стороны днища (левого торца) модель жестко закреплена, со стороны сопла (правого торца) – свободна. С внутренней части приложено рав-

1 Балабух Л.И., Алфутов Н.А., Усюкин В.И. Строительная механика ракет: учебник для машиностроит. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1984. 391 с.

320