Моделювання вільного деформування трубчастої заготівки за умов дії електрогідравлічного навантаження
Анотація
Нарижний О. Г., Тараненко М. Є.
Моделювання вільного деформування трубчастої заготівки за умов дії електрогідравлічного навантаження
Стаття присвячена дослідженням процесу роздачі трубчастої заготовки в умовах дії електрогідравлічного розряду. Такі процеси широко використовуються при виготовленні кінцівок трубопровідних систем у літако-, двигуно- та автомобілебудуванні, при виготовленні перенастроюваних транспортних систем для переміщення сипких матеріалів (зерно, борошно та ін.), для герметизації стиків у теплообмінниках тощо. Цим процесам власний високий ступінь пластичного деформування заготівки за один технологічний перехід, а також складна кінетика формоутворювання за участю рідкої та пароплазменної частин технологічної системи. Існує значна потреба розробки методів дослідження таких систем та процесів за допомогою, зокрема, математичного моделювання. Існуючі математичні моделі процесів формоутворення не враховують явища потоншення тонкошарової заготівки, яке є третьою головною деформацією.
Мета роботи – удосконалення та уточнення механіко-математичної моделі вільної роздачі трубчастої заготовки при електрогідравлічному навантаженні за рахунок використання скінченно-елементної апроксимації теорії оболонок з урахуванням потоншення, а також дослідження закономірностей та особливостей механічних процесів руху елементів технологічної системи та напружено-деформованого стану заготівки з урахуванням цього удосконалення.
Наведено структурну схему моделі технологічної системи, розміри, матеріальні властивості, умови збурення техпроцесу, умови механічної взаємодії елементів системи, спосіб удосконалення моделі. Наведені результати моделювання механічних процесів в технологічній системі та напружено-деформованого стану заготівки з використанням удосконаленої математичної моделі.
Удосконалення моделі доцільно та відповідає результатам експериментів Загалом модель адекватна, методика має достатню точність, Потоншення має неоднорідний характер та змінюється в діапазоні 1.2…14 %, Отриманий ККД процесу відповідає даним експерименту. Для підвищення ККД технологічного процесу бажано утилізувати остаточний запас внутрішньої енергії парогазової порожнини, наприклад, повторним навантаженням.
В подальшому удосконалена модель може бути використана для дослідження штампування в матрицю, герметизації стиків та аналізу повторного навантаження новим розрядом.
Посилання
Woo M., Lee K., Song W., Kang B., Kim J. Numerical estimation of material properties in the electrohy-draulic forming process based on a kriging surrogate model. Mathematical Problems in Engineering. Hindawi. Vol. 2020, Article ID 3219829. 12 p. https://doi.org/10.1155/2020/3219829.
Dariani B.M., Liaghat G.H., Gerdooei M. Experimental investigation of sheet metal formability under var-ious strain rates. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Journal of Engineering Manufacture, 2009. pp. 703–712, http://journals.sagepub.com/doi/10.1243/09544054JEM1430.
Woo M., Kim J. Inverse parameter estimation to predict material parameters of the Cowper–Symonds con-stitutive equation in electrohydraulic forming process. Journal of Engineering Mathematics. 132 : 8. 22 p. https://doi.org/10.1007/s10665-021-10175-7.
Kosenkov V.M., Bichkov V.M.,Zhekul V.G., Poklonov C.G. Long-length electrical discharges in water and their effect on the energy of plastic deformation of a cylindrical shell. Electronic processing of materials - 2013. № 49 (3). pp. 63–69. (In Russian).
Mamutov A.V., Golovashchenko S.F., Bessonov N. M., Mamutov V.S. Electro-hydraulic forming of low volume and prototype parts: process design and practical examples. Journal of Manufacturing and Materials Pro-cessing. 2021. V. 5 (47). 20 p., https://doi.org/10.3390/jmmp5020047.
Atieh S. , Carvalho A.A., Santillana I.A. First results of SFR cavity fabrication by electro- hydraulic form-ing at CERN. Proceedings of SFR 2015, Whistler, BC, Canada. Pre-press Release 25 sept. 2015. pp. 1–7. ISBN 978-3-95450-178-6.
Mamutov A.V., Golovashchenko S.F., Mamutov V.S., Bonnen J.F. Modeling of electrohydraulic forming of sheet metal parts. Journal of Materials Processing Technology. 2015. № 219. pp. 84–100. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.11.045.
Naryzhniy A.G. Simulation of free expansion of a cylindrical shell under the action of the electrohydraulic effect. Herald of Aeroenginebuilding. 2019, №2. рp. 40–48. (In Russian).
Johnson G.R., Cook W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. Proceedings of the 7th international symposium on ballistics, The Hague, 19-21 April 1983, pp. 541–547.
Mane T. Goel V., Kore S.D. Finite element modeling of electro-hydraulic forming of sheets. 3rd interna-tional conference on materials processing and characterisation (ICMPC 2014), Procedia materials science, 2014. V. 6 , pp. 105–114. https://doi.org/0.1016/j.mspro.2014.07.012
Bjorkstrom D. FEM simulation of electrohydraulic forming. Stockholm: Kungliga Tekniska Hogscolan. 2008. 88 p.
Naryzhniy A.G. Computational model of the electrohydraulic effect. Open information and computer in-tegrated technologies, 2012. № 54. pp. 112–124. (In Russian).
Mamutov V., Golovashchenko S., Mamutov A. Simulation of high-voltage discharge channel in water at electro- hydraulic forming using LS-DYNA 13th international LS-DYNA users conference, 8-10 june 2014. pp. 1–9.
Taranenko M.. Naryzhniy O. Modelling the process of interaction of a pulsed jet with a workpiece by elec-trohydraulic forming. In: Nechyporuk, M. at all (eds.) Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering 2021, Springer International Publishing, 2022. pp. 484-496. https://doi.org/10.1007/978-3-030-94259-5-41
LS-DYNA Keyword user’s manual. - Livermore: LST an ANSYS comp. 2021. 3826 p.
