Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время из-за бурного роста вычислительных мощностей моделирование сложнейших технологических процессов вытесняет использующийся ранее метод проб и ошибок. Аналитическое моделирование процесса формования в отличие от метода конечных элементов (МКЭ) позволяет глубже понять физику явления, показать изменение результатов при изменении условий.
Основным затруднением для аналитических расчетов формования металлов является правильный учет поведения материала. До недавнего времени аналитические модели формования основывались на недостаточно обоснованных упрощающих гипотезах (как, например, абсолютно пластичный материал, малые деформации). Однако в связи с сильным развитием феноменологического описания поведения материала появилась надежда правильно учесть в аналитических моделях нелинейный закон упрочнения, анизотропию пластических свойств, проявление эффекта Баушингера и эффекта поперечного упрочнения.
В этой связи актуально исследование влияния перечисленных свойств на характер нагружения материала в различных процессах формования и получаемую геометрию изделия. Решение этой задачи позволит оптимизировать технологию получения изделий с заданными свойствами.
Цель диссертационной работы: выявить влияние механических свойств сталей на различные типы процессов формования материала – процессы с упругим возвратом, стационарные процессы деформирования и процессы с возможной потерей устойчивости пластического течения. Для этого необходимо получить наиболее общее математическое моделирование этих процессов, включающее феноменологическое описание поведения материала. Полученные модели необходимо сравнить с экспериментальными результатами тестов характерных для каждого из рассмотренных типов процессов – формование профиля «омега», протяжка через простой захват, штамповка стакана.
Основные задачи, которые решались для поставленной цели:
-
Критический обзор и анализ существующих моделей и методов описания механического поведения материала.
-
Обобщенное математическое моделирование процессов с упругим возвратом, стационарных процессов и процессов с возможной потерей стабильности пластического течения.
-
Внедрение наиболее общего описания поведения материала (в том числе описание эффекта Баушингера, эффекта поперечного упрочнения) в полученные выше модели.
-
Алгоритмическая и программная реализация разработанных методов в применении к конкретным тестам формования: формование профиля «омега», протяжка через простой захват, штамповка стакана.
-
Обоснование работоспособности и достоверности модели по согласию расчетов с экспериментальными тестовыми испытаниями.
-
Выявление влияния параметров поведения материала и технологии на результаты формования.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
выведены и обоснованы новые обобщенные математические модели, позволяющие описывать процессы формования материала в стационарных процессах, процессах с упругим возвратом и с возможностью потери устойчивости пластического течения;
предложены схемы расчета полей напряжений и деформаций в изделии из металла, описываемого наиболее общими феноменологическими моделями;
разработаны 3 пакета программ уникального алгоритмического и программного обеспечения, реализующие предложенные методы математического моделирования для конкретных процессов формования;
экспериментальным исследованием процессов формования установлены границы применимости предложенных математических моделей на основе экспериментальных данных;
проведено экспериментальное исследование потери устойчивости пластического течения листовых образцов (разной толщины) с разными концентраторами напряжений из различных по химическому и фазовому составам сталей;
Практическую ценность результатов работы представляют практические рекомендации по применению разработанных моделей и созданные компьютерные программные средства.
Достоверность результатов работы подтверждается корректным использованием теоретических и экспериментальных методов обоснования полученных результатов, выводов и рекомендаций, а также основывается на согласованности данных эксперимента и теоретических выводов полученных на широком спектре исследуемых сталей.
Апробация результатов работы.
Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях:
XII международный симпозиум по проблемам пластичности, Канада, г. Халифакс, 2006 г.
IV Европейская научная конференция «Европейская школа материаловедения и инженерии», Испания, г. Барселона, 2007 г.;
XVIII Конгресс механики франкоговорящих стран, Франция, г. Гренобль, 2007 г.;
III Франко-русский конгресс «Новые достижения в материаловедении», Франция, г. Метц, 2007 г.;
IV Евразийская научная конференция «Прочность неоднородных структур ПРОСТ 2008», Россия, г. Москва, 2008 г.;
Симпозиум франкоговорящих стран по пластичности, Франция, г. Нанси, 2008 г.;
XI Международный конгресс по формованию материалов (ESAFORM), Франция, г. Лион, 2008 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников.
Работа содержит 160 страниц текста, 78 рисунков, 5 таблиц и 189 наименование библиографии.
