SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

Podobne dokumenty
ANALIZA NUMERYCZNA ZMIANY GRUBOŚCI BLACHY WYTŁOCZKI PODCZAS PROCESU TŁOCZENIA

Modyfikacja technologii tłoczenia obudowy łożyska

Modelowanie i analiza numeryczna procesu wykrawania elementów o zarysie krzywoliniowym z blach karoseryjnych

Modelowanie numeryczne procesu gięcia owiewki tytanowej

Komputerowe modelowanie i numeryczna analiza wysokich wytłoczek kształtowanych przetłaczaniem

Modele materiałów

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

WPŁYW WIELKOŚCI LUZU MATRYCOWEGO W PROCESIE TŁOCZENIA NA KSZTAŁT WYTŁOCZKI Z UWZGLĘDNIENIEM PŁASKIEJ ANIZOTROPII

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROJEKTOWANIA TECHNOLOGII PROCESU TŁOCZENIA Z WYKORZYSTANIEM SYSTEMU ETA/DYNAFORM 5.8

σ=c ε n (1) µ= P T P N

Połączenie wciskowe do naprawy uszkodzonego gwintu wewnętrznego w elementach silnika

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

MODELOWANIE PROCESU KSZTAŁTOWA- NIA BLACH W PROGRAMIE ABAQUS

ANALIZA NUMERYCZNA ODKSZTAŁCEŃ BLACHY DC04 W PROCESIE KSZTAŁTOWANIA WYTŁOCZEK OSIOWOSYMETRYCZNYCH

Optymalizacja konstrukcji wymiennika ciepła

Defi f nicja n aprę r żeń

Determination of stresses and strains using the FEM in the chassis car during the impact.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

I. Temat ćwiczenia: Definiowanie zagadnienia fizycznie nieliniowego omówienie modułu Property

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

KOMPUTEROWE MODELOWANIE I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE ZBIORNIKÓW NA GAZ PŁYNNY LPG

ANALIZA NUMERYCZNA DEFORMACJI WALCOWEJ PRÓBKI W ZDERZENIOWYM TEŚCIE TAYLORA

Integralność konstrukcji w eksploatacji

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCI ZAKRYWEK KORONOWYCH W SYSTEMIE ABAQUS STRESS ANALYSIS OF CROWN CLOSURES USING ABAQUS SOFTWARE

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

ANDRZEJ GONTARZ, ANNA DZIUBIŃSKA

Inżynieria Maszyn, R. 22, z. 1, 76-84, 2017 ISSN X MODELOWANIE PROCESU TŁOCZENIA CZĘŚCI NADWOZIA SAMOCHODU ZE STALI SUPERWYSOKO WYTRZYMAŁEJ

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

DIGITALIZACJA GEOMETRII WKŁADEK OSTRZOWYCH NA POTRZEBY SYMULACJI MES PROCESU OBRÓBKI SKRAWANIEM

Metoda Elementów Skończonych - Laboratorium

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ANALIA STATYCZNA UP ZA POMOCĄ MES Przykłady

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

SYMULACJA NUMERYCZNA PROCESU CIĘCIA CIENKICH BLACH NA GILOTYNIE ŁUKASZ BOHDAL, LEON KUKIEŁKA

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

MODELLING AND ANALYSIS OF THE MOBILE PLATFORM UNDER ITS WORK CONDITIONS

PLASTYCZNOŚĆ W UJĘCIU KOMPUTEROWYM

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

MODELOWANIE PROCESU FORMOWANIA SIĘ SZYJKI W WALCOWEJ PRÓBCE ROZ- CIĄGANEJ

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(95)/2013

MODELOWANIE NUMERYCZNE POWSTAWANIA NAPRĘŻEŃ W KRZEPNĄCYCH ODLEWACH

NUMERYCZNA WERYFIKACJA WARTOŚCI ODKSZTAŁCENIA W PRÓBIE MAXSTRAIN

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLVI NR 3 (162) 2005

Wytrzymałość Materiałów

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

MODELOWANIE WIELOSKALOWE GRADIENTOWYCH KOMPOZYTÓW WŁÓKNISTYCH

WPŁYW TARCIA NA NIERÓWNOMIERNOŚĆ ODKSZTAŁCEŃ WYROBU W PROCESIE KUCIA SOBODNEGO

BIOMECHANIKA KRĘGOSŁUPA. Stateczność kręgosłupa

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

WPŁYW UPROSZCZONEGO MODELOWANIA NA WYNIKI ANALIZ NUMERYCZNYCH ŚCIANEK SZCZELNYCH

Wyboczenie ściskanego pręta

α k = σ max /σ nom (1)

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

MODELOWANIE MES STRUKTUR O KARBACH SZEREGOWYCH FEM MODELING OF STRUCTURES WITH SERIAL NOTCHES

ANALIZA ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH WYKONANYCH ZE SPIENIONYCH METALI

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

EKSPERYMENTALNE ORAZ NUMERYCZNE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH PRÓBEK OPONY SAMOCHODU TERENOWEGO- ANALIZA PORÓWNAWCZA

WYKONANIE OZNACZENIA EDOMETRYCZNYCH MODUŁÓW ŚCIŚLIWOŚCI PIERWOTNEJ I WTÓRNEJ

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

OKREŚLENIE PARAMETRÓW MATERIAŁOWYCH KOŚCI BELECZKOWEJ NA PODSTAWIE SYMULACJI NA POZIOMIE MIKROSKOPOWYM

Metoda cyfrowej korelacji obrazu w badaniach geosyntetyków i innych materiałów drogowych

ANALIZA STANU NAPRĘŻEŃ W WYBRANYCH LEJACH PROTEZOWYCH KOŃCZYNY DOLNEJ Z WYKORZYSTANIEM METOD ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

WYKORZYSTANIE METOD OPTYMALIZACJI DO ESTYMACJI ZASTĘPCZYCH WŁASNOŚCI MATERIAŁOWYCH UZWOJENIA MASZYNY ELEKTRYCZNEJ

ANALIZA BELKI DREWNIANEJ W POŻARZE

WSTĘPNE MODELOWANIE ODDZIAŁYWANIA FALI CIŚNIENIA NA PÓŁSFERYCZNY ELEMENT KOMPOZYTOWY O ZMIENNEJ GRUBOŚCI

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu

Metody obliczeniowe - modelowanie i symulacje

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

Ekomodelowanie procesu cięcia blach nożycami krążkowymi

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Ciągnienie wytłoczek cylindrycznych

ANALIZA NUMERYCZNA WPŁYWU WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA I GEOMETRII MATRYCY NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE WYCISKANYCH ELEKTROD RURKOWYCH

ZASTOSOWANIE METOD OPTYMALIZACJI W DOBORZE CECH GEOMETRYCZNYCH KARBU ODCIĄŻAJĄCEGO

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

Statyczna próba rozciągania laminatów GFRP

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

3. Opracowanie projektu i wykonanie modernizacji hydraulicznego układu zasilającego trójsuwakową prasę kuźniczą.

MODELOWANIE I ANALIZA NUMERYCZNA PROCESU CIĘCIA BLACH KAROSERYJNYCH NA GILOTYNIE

ZASTOSOWANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH DO MODELOWANIA PROCESU WIERCENIA

MATLAB A SCILAB JAKO NARZĘDZIA DO MODELOWANIA WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNYCH

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Optymalizacja konstrukcji pod kątem minimalizacji wagi wyrobu odlewanego rotacyjnie studium przypadku. Dr inż. Krzysztof NADOLNY. Olandia

Matematyka Stosowana na Politechnice Wrocławskiej. Komitet Matematyki PAN, luty 2017 r.

Integralność konstrukcji

Zastosowanie MES do wyjaśnienia mechanizmu zużywania w węzłach tarcia

THE MODELLING OF CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OF HARMONIC DRIVE

Transkrypt:

MARIUSZ DOMAGAŁA, STANISŁAW OKOŃSKI ** SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING S t r e s z c z e n i e A b s t r a c t W artykule podjęto próbę modelowania procesu tłoczenia zakrywki koronkowej, wykorzystywanej do zamykania butelek szklanych z wykorzystaniem metody MES. W systemie ABAQUS wykonano model obliczeniowy procesu dla anizotropowego materiału plastycznego ze wzmocnieniem. Wyznaczono m.in. rozkłady odkształceń plastycznych i grubości blachy w tłoczonej zakrywce koronkowej. Słowa kluczowe: modelowanie, tłoczenie, zakrywki koronkowe This paper presents an attempt of modeling forming of crown closures for glass bottles by the use FEM simulations. The task was undertaken in ABAQUS packages with applied nonlinear anisotropic description of material. As results plastic strains were obtained as well as thickness at the crown closures. Keywords: modeling, forming, crown closures Dr inż. Mariusz Domagała, Instytut Informatyki Stosowanej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska. ** Dr hab. inż. Stanisław Okoński, Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska.

94 Oznaczenia f funkcja plastyczności σ ij składowe stanu naprężenia ε ij składowe stanu odkształcenia ε pl odkształcenia plastyczne F, G, H, L, M, N, Ra, Rij współczynniki anizotropii α kąt pomiędzy kierunkiem walcowania i osią próbki wyciętą z arkusza blachy dλ dodatnio określony mnożnik 1. Wstęp Elementy tłoczone z blach stalowych znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle samochodowym, urządzeniach gospodarstwa domowego oraz w przemyśle spożywczym. Od wielu lat podejmowane są prace teoretyczne dotyczące modelowania procesów plastycznego kształtowania elementów z blach. Znaczny postęp w tej dziedzinie dokonał się wraz z rozwojem metod numerycznych, a w szczególności metod elementów skończonych (MES). Początkowo zastosowania MES ograniczały się do stosunkowo prostych przypadków statyki liniowej. Z biegiem czasu możliwości systemów MES znacznie się zwiększyły, obejmując zagadnienia nieliniowe, przy czym uwzględnia się zjawiska kontaktowe oraz rzeczywiste własności materiału, takie jak wzmocnienie i anizotropia [1,, 3]. Powstały wyspecjalizowane systemy do konkretnych zastosowań. Pomimo to symulacje procesów tłoczenia blach wciąż napotykają trudności. Duże odkształcenia występujące podczas procesu tłoczenia utrudniają przygotowanie modelu numerycznego MES. Występują problemy z opisem elementów, które ulegają dużym odkształceniom, czasami wymagane jest stosowanie adaptacji siatki. Oprócz rzeczywistych cech kształtowanych materiałów należy w czasie modelowania uwzględnić zjawiska tarcia pomiędzy blachą i elementami tłoczników. Wymaga to stosowania komputerów o dużych mocach obliczeniowych. W artykule przedstawiono przykład modelowania tłoczenia zakrywek koronkowych, które są szeroko wykorzystywane w przemyśle spożywczym, jako zamknięcia butelek. Wykorzystując system ABAQUS, przeprowadzono badania symulacyjne procesu kształtowania plastycznego zakrywki z uwzględnieniem wzmocnienia i anizotropii blachy.. Model matematyczny plastycznego kształtowania blach Proces plastycznego kształtowania blach ortotropowych można opisać, wykorzystując warunek plastyczności Misesa-Hilla: ( σ σ ) + G( σ σ ) + H ( σ σ ) + NGσ + Mσ +, f = F L (1) 33 33 11 11 1 31 σ3 oraz stowarzyszone prawo płynięcia, które ma postać: df dλ pl = dλ = b () dσ f

gdzie: ( σ33 σ11) + H ( σ11 σ ) ( σ σ33) H ( σ11 σ ) ( σ σ33) + G( σ33 σ11). G F F b = Nσ (3) 1 Mσ 31 Lσ3 95 W przypadku blach i płaskiego stanu naprężenia otrzymujemy: ( σ11 σ ) ( σ σ ) Gσ11 + H Fσ H 11 b =, (4) Fσ Gσ11 Nσ1 11 33 1 Gσ11 + H ( σ11 σ dλ Fσ H ( σ11 σ = f Fσ Gσ11 Nσ1 ) ). (5) Współczynniki G N można wyrazić przez współczynniki anizotropii normalnej R α, które wyznaczono doświadczalnie w próbie jednoosiowego rozciągania pasków wyciętych z arkusza blachy: '' '' R α = =, (6) + 33 gdzie: α kąt pomiędzy kierunkiem walcowania a osią paska, wzdłuż którego jest on rozciągany. We wzorze (6) kierunki 1', ' i 3 oznaczają odpowiednio: kierunek rozciągania, kierunek do niego prostopadły w płaszczyźnie blachy oraz kierunek normalny do powierzchni blachy. Przeprowadzenie obliczeń w systemie ABAQUS wymaga podania współczynników anizotropii R ij. W przypadku uwzględnienia tylko anizotropii normalnej (R α = const 1) współczynniki te wyrażają się następująco: 1'1' '' R = R 1, (7) 11 = 1 R 33 = R +, (8)

96 gdzie: W przypadku anizotropii płaskiej (R α const): R0 + R45 + R90 R =. (9) 4 R 11 = 1 (10) R ( R + 1) R ( R + 1) 3( R + 1) R R R R ( 1) ( 1) ( 1)( ) 90 0 90 0 0 90 =, 33 =, 1 = R0 R90 + R0 R90 + R45 + R0 + R90 Naprężenia uplastyczniające określa się w kierunku 1, zgodnym z kierunkiem walcowania blachy (α = 0). Parametry F... N wyrażają się przez współczynniki R ij w następujący sposób: (11) 1 1 1 1 F = + (1) R R33 R11 1 1 1 1 G = + (13) R33 R11 R 1 1 1 1 H = + (14) R11 R R33 1 R + 0 N = G R45 + 1 (15) R90 3. Model obliczeniowy Model obliczeniowy przedstawiony na rys. 1 wykonano w systemie ABAQUS. Ze względu na duże różnice w sztywnościach materiału odkształcanego i narzędzi modele elementu dociskowego, matrycy i stempla są traktowane jako ciała sztywne. Model krążka został wykonany z wykorzystaniem elementów płaskich i uwzględnieniem anizotropii i wzmocnienia. Grubość początkowa blachy wynosiła 0. mm. Obliczenia prowadzono z uwzględnieniem anizotropii płaskiej, współczynniki anizotropii zostały wyznaczone doświadczalnie w Instytucie Inżynierii Materiałowej, natomiast moduł Younga oraz krzywa wzmocnienia przy rozciąganiu w Instytucie Mechaniki Stosowanej Politechniki Krakowskiej (pomiary sił i odkształceń wykonał H. Jodłowski). Model ten wykorzystano następnie w systemie ABAQUS do prowadzenia symulacji numerycznych, które zostały wykonane w Instytucie Informatyki Stosowanej. Określono m.in. rozkłady grubości ścianki i odkształceń plastycznych w wytłoczce. Przykładowe wyniki obliczeń podano na rys. i 3.

97 Rys. 1. Model obliczeniowy wykorzystany w systemie ABAQUS Fig. 1. Model used in ABAQUS package Rys.. Rozkład grubości ścianki [mm] Fig.. Thickness distribution at the model [mm] Rys. 3. Zastępcze odkształcenia plastyczne Fig. 3. Equivalent plastic strains

98 4. Wnioski W artykule przedstawiono próbę modelowania procesu tłoczenia zakrywki koronkowej, wykorzystując system ABAQUS. Wykonano modele narzędzi oraz krążka stalowego, uwzględniając anizotropię i wzmocnienie materiału. W obliczeniach numerycznych zastosowano rzeczywiste parametry materiałowe wyznaczone doświadczalnie. W wyniku przeprowadzonych symulacji uzyskano informacje, które mogą być wykorzystane w dalszych pracach modelowych przy opracowaniu konstrukcji i technologii nowej zakrywki o wymaganych parametrach użytkowych. L i t e r a t u r a [1] G a n t a r G., P e p e l n j a k T., K u z m a n K., Optimization of sheet metal forming processes by the use of numerical simulations, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 130-131, 0 December 00. [] P a r e n t e M.P.L., F o n t e s V a l e n t e R.A., N a t a l J o r g e R.M., C a r d o s o R.P.R., A l v e s d e S o u s a R.J., Sheet metal forming simulation using EAS solid- -shell finite elements, Finite Elements in Analysis and Design, Vol. 4, No. 13, September 006, 1137-1149. [3] C l o e t e S., O l s e n a J.E., S k j e t n e P., Analysis of plastic flow localization under strain paths changes and its coupling with finite element simulation in sheet metal forming, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 09, No. 11, 1 June 009. [4] Abaqus 6.9 Documentation.