POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA"

Dominika Wojciechowska
8 lat temu
Przeglądów:

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA Wykorzystanie pakietu MARC/MENTAT do modelowania naprężeń cieplnych

2 Spis treści Pole temperatury Przykład obliczeniowy Naprężenia cieplne Obliczenia testujące Przykład zastosowania MES do wyznaczanie naprężeń cieplnych Wnioski

3 Przykład zastosowania MES do wyznaczanie naprężeń cieplnych Prasa do wyciskania wlewków 1350T

4 Przekrój poprzeczny prasy

5 Przekrój poprzeczny prasy wylot wody chłodzącej kanały chłodzące wlot wody chłodzącej matryca obudowa

6 W ujęciu technologicznym cały proces wyciskania wlewka można sprowadzić do kilku okresowo powtarzających się operacji. Można wyszczególnić: a) załadowanie gorącego wlewka do matrycy, wyciskanie, b) wypchnięcie za pomocą głowicy wyrzutnika gotowego produktu a) b)

Można wyszczególnić: a) załadowanie gorącego wlewka do matrycy,

7 Geometrię obszaru wygenerowano na podstawie płaskiej dokumentacji technicznej. Dyskretyzacji dokonano za pomocą elementów czterowęzłowych. Siatka elementów skończonych z podziałem na poszczególne elementy układu.

8 Warunki brzegowe i początkowe Ze względu na nieustalony charakter zadania tzn. zakładamy, że ogrzany do temperatury 800 [ o C] wlewek pod wpływem temperatury otoczenia schładza się, oraz przekazuje ciepło przez ścianki do matrycy, konieczne jest więc przeprowadzenie analizy nieustalonego pola temperatur. Zakładamy, że w czasie t=0 [s] temperatury obudowy i matrycy są takie same i wynoszą 18 [ o C], temperaturę wlewka określono na poziomie 750 [ o C] (uwzględnia to transport oraz różne niedokładności związane z procesem wygrzewania wlewka). Temperaturę otoczenia określono na poziomie T ot =18 [ o C], współczynnik wymiany ciepła α wynosi odpowiednio 5 [W/m 2 K] oraz 15 [W/m 2 K] dla matrycy/obudowy i wlewka. Wodę chłodzącą, która przepływa w kanałach kołowych wokół matrycy przedstawimy za pomocą warunku brzegowego III rodzaju.

9 Z bilansu cieplnego wyznaczono temperatury wody na wylocie z kolejnych kanałów chłodzących. I tak, na wylocie z kanału: -pierwszego T WY1 =16.1 [ o C] -drugiego T WY2 =17 [ o C] -trzeciego T WY3 =17.7 [ o C] -czwartego T WY4 =18.2 [ o C] -piątego T WY5 =18.6 [ o C] -szóstego T WY6 =19 [ o C] -siódmego T WY7 =19.2 [ o C] -ósmego T WY8 =19.4 [ o C] Siatka elementów skończonych z warunkami brzegowymi. Powyższe wyliczenia pozwalają zadać w programie Mentat warunki brzegowe o wyliczonych wartościach temperatur i stałym dla uproszczenia we wszystkich kanałach parametrze α=2140 [W/m 2 K] (wyznaczonym z zależności Michiejewa).

6 [ o C] -szóstego T WY6 =19 [ o C] -siódmego T WY7 =19.2 [ o C] -ósmego T WY8 =19.4 [ o C] Siatka elementów skończonych z warunkami brzegowymi.

10 Ponieważ dokonujemy analizy dotyczącej naprężeń wywołanych polem temperatury, konieczne jest zadanie odpowiednio sformułowanych mechanicznych warunków brzegowych. Więzy nałożone na układ

11 Rozkład naprężeń cieplnych [Pa] po czasie 180 [s] dla średnich wartości parametrów (max.4.5 GPa) Rozkład naprężeń cieplnych [Pa] po czasie 180 [s] dla parametrów zależnych od temperatury (max. 470 MPa)

5 GPa) dla parametrów zależnych od temperatury

12 Własności materiałowe Ponieważ w rozpatrywanym obszarze oczekujemy bardzo szerokiego spektrum temperatur (od 15 do 750 [ o C]), konieczne jest uwzględnienie zmian podstawowych parametrów fizycznych w zależności od temperatury. λ(t) C(T)

750 [ o C]), konieczne jest uwzględnienie zmian

13 A) B) Odkształcenia. A-siatka jednorodna, B-kontakt (kolor żółty: maksymalne odkształcenia, niebieski: minimalne)

14 β(t) E(T) Analizy układu dokonano metodą idealnego kontaktu, przy zastosowaniu modelu materiału idealnie sprężysto-plastycznego. R e (T)

15 1,20E+09 1,00E+09 8,00E+08 6,00E+08 4,00E+08 2,00E+08 0,00E+00 0,00E+00 1,93E-02 3,85E-02 5,75E-02 7,62E-02 9,46E-02 1,13E-01 1,32E-01 1,51E-01 1,70E-01 1,89E-01 2,38E-01 2,94E-01 3,50E-01 Naprężenie redukowane [Pa] R [m ] mat.s prężys to-plas tyczny ma t. s prężysty Rozkład naprężeń wzdłuż przekroju poprzecznego. Wyniki dla analizy typu kontakt.

2,38E-01 2,94E-01 3,50E-01 Naprężenie redukowane [Pa] R [m ] mat.

16 Analiza i wyniki Wyniki otrzymane dla układu z zadaną na stałe średnią długością wlewka. Mapa naprężeń redukowanych dla materiałów sprężysto-plastycznych

17 Zastosowanie opcji - global remeshing dla obszaru wlewka (kolor żółty - maksymalne odkształcenie plastyczne, niebieski minimalne)

18 Wyniki otrzymane dla układu z symulacją procesu wyciskania wlewka z zastosowaniem dynamicznej modyfikacji siatki - global remeshing Pole temperatury

19 Wyniki otrzymane dla układu z symulacją procesu wyciskania wlewka. Granica plastyczności materiału wlewka 1Pa. Mapa naprężeń redukowanych

20 Udział naprężeń cieplnych w całkowitym obciążeniu układu kolor niebieski - pełne obciążenie układu kolor czerwony - układ obciążony jedynie cieplnie

21 Mapy naprężeń redukowanych, dla układu obciążonego: a) tylko siłami od wyciskania wlewka, b) tylko cieplnie a) b)

22 Wpływ kanałów chłodzących na rozkład naprężeń wzdłuż przekroju matryca obudowa Różnica napręże ń [MPa] ,02 0,04 0,06 0,08 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,24 0,29 0,35 (T15)-(q=0) (T=15)-(T=50) R [m] Jako rozwiązanie najbardziej korzystne zaproponowano wariant, w którym podczas procesu wyciskania wlewka w kanałach nie stosujemy chłodzenia, dopiero po wypchnięciu wlewka ustalamy chłodzenia wodą o temp. 15 [C]. Dopuszcza się brak chłodzenia między kolejnymi cyklami w przypadku zakończenia procesu lub przy znacznych przestojach. Pozwoli to w sposób naturalny doprowadzić układ do stanu beznaprężeniowego.

23 WNIOSKI - w przypadku układów o znacznych gabarytach i przy dużych zmianach temperatur konieczne jest stosowanie w pełni nieliniowych charakterystyk materiałowych, -siatka dające bardzo dobre wyniki w przypadku obliczeń cieplnych, w przypadku analizy naprężeń cieplnych powoduje miejscowe kumulacje naprężeń, nie mające miejsca w rzeczywistości, - w przypadku skomplikowanych układów, konieczne jest stosowanie analizy typu kontakt, w celu otrzymania wyników zbliżonych do rzeczywistości, -na postać otrzymanych wyników ma wpływ rodzaj modelu zastosowanego do odwzorowania zachowania materiału.

24 Koniec

Podobne dokumenty

Politechnika Poznańska

Politechnika Poznańska Metoda Elementów Skończonych-Projekt Prowadzący: Dr hab. Tomasz Stręk prof. nadzw. Wykonali : Grzegorz Paprzycki Grzegorz Krawiec Wydział: BMiZ Kierunek: MiBM Specjalność: KMiU Spis