Введение к работе
Актуальность темы. Работа посвящена исследованию сложного технологического процесса получения непрерывнодеформированных металлоизделий (НДМ) с применением литейно-ковочного модуля с вертикальным расположением кристаллизатора (ЛКМВ), разработанного В.И. Одиноковым.
При исследовании данного процесса важнейшая роль принадлежит созданию математической модели, адекватно описывающей разработанный процесс формирования металлоизделия в условиях одновременной кристаллизации и деформации металла. Анализ результатов математического моделирования позволяет существенно снизить объем экспериментальных исследований, а также дает возможность оценивать степень влияния различных факторов на течение данного процесса, вырабатывать рекомендации по его оптимизации.
Математическая модель, представленная в данной работе, служит для определения полей температур, а также напряженно-деформированного состояния в кристаллизаторе ЛКМВ с учетом внешних воздействий. Ранее в работах В.И. Одинокова, В.В. Стулова решалась плоская задача с использованием классических уравнений теплопроводности, описывающая исследуемый технологический процесс. Однако полученные в ходе решения задачи результаты не вполне адекватно описывают реальные тепловые процессы, протекающие при изготовлении НДМ, поскольку при решении не учитывался теплоотвод в направлении боковых стенок кристаллизатора ЛКМВ. Решалась также плоская задача с использованием уравнений механики деформируемого твердого тела. Однако решения получены только для случая двух приводных валов кристаллизатора ЛКМВ. Случай, когда все четыре вала являются приводными, авторами не рассматривался. Кроме того не учитывалось влияние на процесс формирования НДМ боковых стенок кристаллизатора ЛКМВ. В работах В.В. Черномаса решалась пространственная задача по определению полей температур, но только для случая двух приводных валов.
В представленной работе рассматривается пространственная задача по определению полей напряжений, деформаций и температур в сложной многокомпонентной области. Ее решение позволяет получить более точные результаты и провести более адекватный анализ изучаемого процесса.
Цель работы является разработка математической модели процесса деформирования заготовок на ЛКМВ, позволяющей осуществлять выбор оптимальной технологии деформирования и совершенствовать конструкцию устройства.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана численная схема решения задачи по деформации металла на ЛКМВ, включающая решения пространственных задач по определению температурных и деформационных процессов, протекающих при работе ЛКМВ, решение контактной многокомпонентной системы при взаимодействии элементов ЛКМВ между собой;
исследованы поля напряжений и температур при формировании НДМ в кристаллизаторе ЛКМВ;
- исследовано влияние различных технологических параметров протека
ния процесса формирования НДМ на напряженно-деформированное состояние
в металлоизделии и кристаллизаторе ЛКМВ.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
использованием фундаментальных уравнений механики сплошных сред, применением апробированных численных методов;
хорошим согласованием их с имеющимися экспериментальными данными.
Практическая значимость работы. Теоретическое исследование процесса формирования НДМ в кристаллизаторе ЛКМВ позволяет значительно снизить объем натурных экспериментов. Численное решение рассматриваемой задачи и анализ полученных результатов дают возможность оценивать степень влияния различных технологических параметров на течение данного процесса, а также позволяют вырабатывать рекомендации по его оптимизации. Разработан программный комплекс, позволяющий осуществлять решение рассматриваемой задачи на ЭВМ.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены автором на:
Всероссийской конференции «Успехи механики сплошных сред», приуроченной к 70-летию академика В.А. Левина. Владивосток, 2009;
Международной научно-технической конференция «Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов». Комсомольск-на-Амуре, 2009;
XXXV Дальневосточной Математической Школе-Семинаре имени академика Е.В. Золотова. Владивосток, 2010;
Всероссийской конференции «Школа по фундаментальным основам моделирования обработки материалов». Комсомольск-на-Амуре, 2010;
- Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов
«Исследования и перспективные разработки в машиностроении». Комсо
мольск-на-Амуре, 2010.
Публикации и личный вклад автора.
По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них 3 в ведущих рецензируемых журналах из списка ВАК.
В настоящей работе представлены результаты, полученные автором самостоятельно. На основе апробированных численных методов автором разработаны в привязке к исследуемому процессу численные схемы решения задачи, алгоритм решения задачи, программный комплекс, проведены теоретические исследования.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (81 наименование) и приложения. Объем основного содержания работы - 118 страниц, в том числе 62 рисунка.
Похожие диссертации на Математическое моделирование тепловых и деформационных процессов на литейно-ковочном модуле вертикального типа
