pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Transkrypt

1 Ćwiczenie audytoryjne pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ Autor: dr inż. Radosław Łyszkowski Warszawa, 2013r.

2 Metoda elementów skończonych MES FEM - Finite Element Method przybliżona metoda numeryczna, stosowana do obliczeń inżynierskich, polega na zastąpieniu układu ciągłego układem dyskretnym. MES - pewien sposób postępowania mający na celu rozwiązywanie jakiegoś fizycznego zadania. Jest to określony ciąg operacji wykonywanych przez inżyniera projektanta i komputer, w trakcie poszukiwania rozwiązania, począwszy od sformułowania zadania, a skończywszy na graficznej interpretacji wyników obliczeń. Lata (XX. w.) 40 Początki prac związanych z MES. 50 Zastosowanie metod macierzowych do analizy konstrukcji. Zastosowanie metody przemieszczeń i metody sił do analizy złożonych konstrukcji lotniczych i kosmicznych. Pierwsze komputery. 60 Powstanie nazwy Element Skończony. Modele jednowymiarowe o stałych własnościach. 70 Zastosowanie MES głównie w przemyśle kosmicznym i motoryzacyjnym. Modele 2D o własnościach nieliniowych. 80 Wprowadzenie efektywnej grafiki komputerowej. Modele 3D o bardzo skomplikowanych własnościach. 90 MES staje się standardowym narzędziem w analizie konstrukcji. Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 1 -

3 MES - model matematyczny Podział obszaru na elementy skończone (Mesh); Przyjęcie punktów węzłowych (naroża); Określenie dla każdego elementu (całego układu) macierzy lub funkcji opisującej jego własności; Określenie warunków brzegowych i obciążeń; Rozwiązanie podstawowego układu równań i funkcji pochodnych. Detal Podział na elementy Siatka MES Węzeł Element skończony Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 2 -

4 Rozwiązanie KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ MES - uwarunkowania Materiału: izotropowy, liniowo - sprężysty E = 2.1x10 11 Pa - moduł Young a = współczynnik Poisson a Stopnie swobody to niezależne możliwości ruchu punktu, 3 translacyjne i 3 rotacyjne 3 składowe siły i 3 s. momentu. F q p Więzy to warunki ograniczające ruch układu. Więzy opisują sposób połączenia modelu z otoczeniem i powodują odebranie odpowiednich stopni swobody: translacyjnych lub rotacyjnych. Geometria Element y Obciążenia Przemieszczenia Siły Odkształcenia Naprężenia Więzy Analiza modelu Materiały Właściwości Analiza wyników Plany warstwicowe Wykresy X - Y Wdruki obliczeń Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 3 -

5 MES - przykłady Modele numeryczne 3D, rozkłady naprężeń zredukowanych (wg hipotezy Hubera-Misesa) oraz przemieszczeń wypadkowych Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 4 -

6 FormFEM Programy FormFEM służy do komputerowego modelowania 2 lub 2.5D procesów objętościowej obróbki plastycznej materiałów metalicznych, takich jak stal, aluminium i jego stopy. Umożliwia on zbadanie zjawisk zachodzących podczas wybranych procesów kształtowania, a zwłaszcza: symulację odkształcenia plastycznego w osiowej symetrii lub dla płaskiego stanu odkształcenia; obliczenie temperatur w materiale i w narzędziu; obliczenie deformacji, odkształceń i naprężeń; uwzględnienie rozszerzalności cieplnej wsadu i narzędzi, przepływu ciepła; do symulacji procesów obróbki na gorąco lub na zimno. Program umożliwia symulację procesu: tłoczenia, kucia swobodnego i matrycowego, ciągnienia i wyciskania, zaginania i rozciągania walcowania. Programy FormFEM oparty jest na zastosowaniu metody elementów skończonych do obliczeń procesu odkształcenia plastycznego. Część obliczeniowa programu składają się z trzech zasadniczych elementów: 1. preprocesora - tworzenie zadania do rozwiązania, 2. procesora - zasadnicza część obliczeniowa, 3. postprocesora - graficzna prezentacja uzyskanych wyników. Program zakłada sztywno plastyczny model ciała, przez co niemożliwe jest symulowanie procesów obróbki elementów typu blacha. Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 5 -

7 FormFEM organizacja Projekt A Projekt B Projekt C Operacja 1 Operacja 2 Operacja 3 Operacja 4 Obiekt Wsad Obiekt Narzędzie 1 Obiekt Narzędzie 10 Zestaw1 Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 6 -

8 FormFEM - preprocesor Analiza obliczeniowa: tylko mechaniczna (bez zmiany temperatury), mechaniczna cieplnie powiązana (warunki rzeczywiste), tylko cieplna (obciążenia termiczne), początkowa rozszerzalność. Model obliczeniowy zestawu Model oblicz. obiektu (wsad) W Model oblicz. obiektu (narzędzie) N Model warunków brzegowych Model zdarzeń Rodzaj obciążenia osiowo symetryczny Model geometrii siatki MES Model właściwości początkowych Materiał Temperatura początkowa Odkształcenia początkowe płaski Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 7 -

9 FormFEM - procedura 1 Nowy projekt Operacja 1 Nowy wsad (narzędzie) Listwa ikon Geometria i Siatka Obiektu Aktywować okno Explorera aktywuje główne okno Explorera zawierające podstawowe funkcje Właściwości Obiektu aktywuje okno zawierające podstawowe funkcje dla wytwarzania i dołączania Właściwości jednakowego Obiektu. Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 8 -

10 Listwa ikon Geometria Punkt Punkt w miejscu przecięcia bez rozdzielenia elementów Punkt w miejscu przecięcia z rozdzieleniem jednego elem Punkt w miejscu przecięcia z rozdzieleniem obu elem. Złączanie punktów Odcinki Odcinek dwoma punktami Odcinek długością i kierunkiem Linia łamana Styczna Łuki Łuk dwoma punktami Łuk trzema punktami Łuk środkiem, promieniem i kątem Okręgi Okrąg środkiem i punktem Okrąg dwoma punktami Okrąg trzema punktami Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 9 -

11 Wielokąty Prostokąt wierzchołkami Wielokąt wpisany w okrąg Wielokąt opisany na okręgu Zaokrąglenie Zaokrąglenie promieniem Zaokrąglenie dla trzech odcinków Skos Rozdzielanie Rozdzielenie ilością odcinków Rozdzielenie parametryczne Rozdzielenie punktem Obcinanie Obcinanie z wyborem co zostawić Obcinanie z wyborem co usunąć Róg Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii

12 Listwa ikon Siatka i Raster zawiera funkcje dla wytworzenia siatki MES. Do jej wytworzenia na obiekcie konieczne jest wytworzenie jego makroopisu, to znaczy wytworzenie systemu makroelementów, które go pokrywają. Makroelement to zamknięty ciąg makrokrawędzi (odcinków i łuków) na którym można utworzyć siatkę MES. Makroopis Makroelement automatycznie (ogólny wielokąt), m.el. 4-kąt logiczny, 3-kąt, połączenie makrokrawędzi... Rozdzielanie makrokrawędzi Rozdzielenie według ilości Rozdzielenie według długości Ilość odcinków krawędzi m.el. Siatka MES Siatka dla rozdzielonych makrokrawędzi Siatka z rozdzieleniem makrokrawędzi Wielkość siatki Obcięcie siatki usunie wybraną część siatki MES Obiektu leżącą na wybranej stronie cięcia Raster wprowadza początkowy raster dla Obiektu Wsad Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii

13 Listwa ikon Funkcje pomocnicze Mierzenie Mierzenie odległości Mierzenie długości Mierzenie kątów Układ współrzędnych Nowy układ współrzędnych Początkowy układ współrzędnych Transformacje Przesunięcie Obrócenie Zmiana wielkości Odbicie lustrzane Funkcje pomocnicze - menu główne Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii

14 Właściwości obiektu Obiekt FormFEM - procedura 2 Materiał Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii

15 Właściwości Geometria i Siatka Obiektu Zmiana zestawu Dołączyć temperaturę Dołączyć materiał Dołączyć odkształcenie Baza Danych Materiałów Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii

16 FormFEM - Model właściwości materiału Właściwości elastyczne Właściwości plastyczne na gorąco Model krzywych płynięcia na gorąco - równanie Spittel a Właściwości plastyczne na zimno Równanie Spittel a Wielomian Model potęgowy Tablica Właściwości termomechaniczne Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii

17 Polecenie Zestaw FormFEM - procedura 3 Zestaw 2D model realizuje tylko przemieszczenia w osi X i Y 2.5D model dopuszcza płyniecie materiału w kierunku osi Z Warunki i Zdarzenia Ruch kinematyczny lub technologiczny opis ruchu narzędzia, Kontakt opis tarcia i przepływu ciepła na powierzchni styku narzędzia i wsadu, Wymiana ciepła opis przepływu ciepła na pow. swobodnej, Naprężenie powierzchniowe naprężenie normalne i ścinające; Pozycyjne, Czasowe. Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii

18 Właściwości Obiektu Wykreślić wyniki Włożyć Obiekt Usunąć Obiekt Automatyczny kontakt narzędzia z wsadem Dołączyć podpory Dołączyć ruch Dołączyć wymianę ciepła Dołączyć kontakt Dołączyć naprężenie powierzchniowe Baza danych warunków Zdarzenie wyznaczone odległością narzędzi Punkty obserwacyjne Określenie tolerancji dla obliczeń Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii