Комп’ютерне моделювання процесу виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування

Аннотация

Надійна і безпечна експлуатація посудин, наповнених газом або рідиною під високим тиском, потребує виконання певних вимог до їх міцності. Важливим також є зниження ваги й матеріалоємності. Численні галузі промисловості, серед яких автомобілебудування, хімічне машинобудування, ракетно-космічна промисловість, що масово поставляють продукцію, для виготовлення компонентів ефективно використовують технологію гідроформування, що являє собою процес обробки металів, при якому конструкції складної форми створюються за допомогою тиску рідини й обмеження переміщень замість традиційних механічних навантажень (або у поєднанні з ними). Успішне впровадження цієї технології стає можливим завдяки перевагам, які має гідроформування порівняно з традиційними методами, такими, як збірка штамповок за допомогою зварювання. У даній роботі пропонується моделювання виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування. Використовується розроблене на основі методу скінченних елементів програмне забезпечення, що дозволяє розв’язувати пружнопластичні задачі термомеханіки шляхом кроків за часом або навантаженням у поєднанні з ітераційним процесом на кожному з них, у ході якого уточнюється геометрія деформованої деталі. Для опису напружено-деформованого стану застосовується логарифмічна міра деформацій, яка дає змогу відобразити реальні процеси, що відбуваються у заготовці. Пластичні деформації враховуються за допомогою деформаційної теорії. Завдяки комп’ютерному моделюванню технології гідроформування одержано моделі сферичної форми, які мають найменшу металоємність при високому тиску. Отримані моделі посудин деформуються пружно при повторному навантаженні за рахунок підвищення границі текучості матеріалу, тому не зазнаватимуть пошкоджень від малоциклової втоми. Вони можуть бути використані в аерокосмічній техніці як паливні баки для зрідженого кисню чи фтору та водню. Комп’ютерне моделювання процесу гідроформування дозволяє швидше і дешевше встановити параметри посудин різноманітних розмірів і з різних матеріалів, а також, не вдаючись до багаторазових експериментальних спроб, отримати прийнятний результат.