CC BY
28Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
УДК 621.924.079
Д. М. Турилов, И. А. Ларкина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
В SOLIDWORKS*
Абразивно-экструзионная обработка (АЭО) заключается в продавливании полимерной основы с абразивными зернами через обрабатываемый канал. Непостоянство процесса обработки создает сложность в определении оптимальных режимов резания. Использование модуля гидродинамического анализа SolidWorks Flow Simulation в среде программного комплекса SolidWorks позволяет моделировать течение рабочей среды при АЭО и получать данные, необходимые для расчетов и исследования процесса.
Абразивно-экструзионная обработка происходит за счет контакта потока абразивных зерен с обрабатываемым твердым телом. Главным движением резания при этом является перемещение абразивных зерен, внедренных в вязкоупругую связку с полимерной основой, внутри обрабатываемого канала. Скорость резания и продольная подача при АЭО определяются динамическими характеристиками потока среды, т. е. ее вязкостью. Глубина резания зависит от степени закрепленности абразивного зерна в среде, т. е. упругих свойств среды. Вязкоупругие свойства среды взаимосвязаны и зависят как от состава среды, так и от режимов течения.
Очевидно, что основным объектом исследования при моделировании процесса АЭО является поток рабочей среды. Поскольку движение рабочей среды происходит по законам гидродинамики, расходно-напорные характеристики потока можно рассчитывать при помощи системы дифференциальных уравнений в частных производных из динамики жидкостей. Такой расчет позволяет получать приближенные характеристики распределения скорости и давления потока, однако математическое моделирование процесса АЭО сопряжено со значительными трудностями. Эти трудности связаны, прежде всего, с неньютоновским характером рабочей среды, ее изменяемым поведением. В связи с этим, актуальность приобретают поиски подходов, позволяющих упростить и унифицировать алгоритмическую процедуру численного решения.
SolidWorks Flow Simulation (COSMOS-FloWorks) является модулем гидродинамического анализа в среде программного комплекса SolidWorks и предназначается для моделирования трехмерных течений жидкости, а также визуализации этих течений методами компьютерной графики. Модуль предоставляет возможность получать результаты расчета сразу как для массива решений (графики), так и точные значения параметров, зависящие от входных величин, позволяет производить моделирование каналов различной конфигурации (в том числе и сложных), обладает удобным графическим интерфейсом. Пример моделирования течения рабочей среды в канале круглого сечения представлен на рисунке.
Расчетная модель потока рабочей среды АЭО в COSMOSFloWorks основана на изменении динамической вязкости неньютоновской жидкости и опирается на степенной реологический закон состояния. Данный закон хорошо описывает кривые течения большого количества различных жидкостей в достаточно широких диапазонах изменения напряжений сдвига (т) и для случая неньютоновской жидкости имеет вид
т = k (т)n, (1)
где k - мера консистенции жидкости (чем меньше текучесть, тем больше k); "f - скорость сдвига; n — показатель степени, часто называемый индексом течения (характеризует степень отклонения кривой течения неньютоновской среды от «кривой течения» ньютоновской жидкости).
Пример моделирования течения рабочей среды в канале круглого сечения в модуле COSMOSFloWorks
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные, научно-педагогические кадры инновационной России».
Решетневские Чтения
Степенной закон (1) можно преобразовать следующим образом:
т = k(тГ ? = Ца (?)Т, (2)
где ца (^) — кажущаяся квазиньютоновская вязкость, которую для случая одноосного сдвигового течения можно выразить соотношением
Ц = " = k(t Г1. (3)
т
Если за направление движения потока принять ось г, то скорость сдвига будет равна
( X)
Y = -
d (х)
(4)
где Ш2 — скорость течения вдоль оси г; х - поперечная координата, направленная перпендикулярно к оси г.
Используя выражение (4) формулу (3) можно привести к виду
= к
(х) d (х)
(5)
Из формулы (5) видно, что расчет динамических характеристик работы среды в СОБМОБРЬ'^гкз производится на основе распределения скорости потока по длине обрабатываемого канала и находится в зависимости от величины динамической вязкости.
Моделирование течения рабочей среды в канале может быть выполнено вместе со специальными насадками, направляющими устройствами, что делает данный метод расчетного моделирования особенно эффективным при исследованиях реологических свойств процесса. Результаты экспериментов расчетного моделирования с большой точностью совпадают с экспериментально полученными в лаборатории СибГАУ графиками распределений, что доказывает правильность выбора средства моделирования.
D. M. Turilov, I. A. Larkina Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
ABRASIVE-FLOW PROCESS MODELLING IN SOLIDWORKS
Abrasive-flow process (AFP) is carried out with cutting process that occurs when polymer base with abrasive seeds are flowing inside working canal. It is complexity to set optimal machining conditions because processing is not consistent. The Hydrodynamic analyzer module SolidWorks Flow Simulation usage makes it possible to create working media flowing models for data calculations and research.
© Турилов Д. М., Ларкина И. А., 2009
УДК 621.757
В. Д. Утенков, К. И. Лалетин, М. В. Утенков, Т. А. Тумакова, А. В. Казаков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗЬБОВОГО КРЕПЕЖА НА КАЧЕСТВО ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Рассматриваются вопросы связи качества изготовления деталей резьбового крепежа с точностью обеспечения заданного усилия затяжки соединения при его контроле по величине крутящего момента на ключе. Определено влияние точностных параметров крепежа на величину погрешности контролируемого крутящего момента на ключе.
Надежность и долговечность машин и механизмов во многом определяется качеством сборки. Сборка резьбовых соединений является самой распространенной сборочной операцией (до 50 %), а ее качество определяет качество изделия в целом.
Основным показателем качества сборки является равномерность и стабильность затяжки соединений, контролируемая по величине крутящего момента. При расчете необходимого момента
Мз для создания заданного усилия затяжки Qз первостепенное значение имеет правильное назначение величины коэффициента трения в резьбе /тр, который зависит от площади контакта витков резьбы болта и гайки, удельного давления на витках и зазора в соединении, зависящих от точности изготовления резьбовых деталей.
Для определения влияния параметров резьбовых соединений на точность усилия затяжки был
