نمذجة وحساب عملية الثني ثلاثي الأسطوانات لألواح الصلب

نبذة مختصرة

  تعتبر عمليات ثني الصفائح المعدنية من أكثر عمليات التصنيع الصناعية شيوعًا. تطوير وتحسين هذه العمليات تستغرق وقتا طويلا ومكلفة. لذلك ، قد تساعد محاكاة العناصر المحدودة فيتصميم وضمان جودة منتجات الصفائح المعدنية. في هذه الدراسة ، تم استخدام حزمة العناصر المحدودة لتحليل الانحناء ثلاثي الأسطوانة لصفيحة فولاذية. كان نموذج عنصر محدود الأبعاد من هذه العمليةبنيت تحت بيئة ABAQUS / صريح على أساس حل من عدة تقنيات رئيسية ، مثل العلاج شرط الحدود الاتصال ، وتعريف خصائص المواد ، تقنية meshing ، وهلم جرا. كانت الخرائط مع انحناءات نصف قطرها المرجوةأنشئت عن طريق تغيير المسافة بين البكرتين السفليتين وموقع الجزء العلوي. جعلت الخرائط المتقدمة عملية المتداول أسهل وأقل استهلاكا للوقت. تجربة صناعية تستخدم نتائج رقمية محسنةنفذت للتحقق من صحة النموذج العددي. كما تمت دراسة الإجهاد المتبقي وتوزيعات الإجهاد المكافئة. وتمت مقارنة الظاهرة الربيعية مرة أخرى مع نتائج تحليلية.

  1 المقدمة

  تستخدم المقاطع أو الحلقات الأسطوانية في العديد من التطبيقات الهندسية مثل أوعية الضغط ، وقذائف المبادل الحراري ، وغرف الغلايات. كما أنها تشكل الهيكل العظمي الرئيسي لمنصات النفط والغاز. آلات المتداول مع كل من ثلاثة وأربع لفات لا غنى عنها لإنتاج الحلقات مع تقوسات مختلفة [1-3]. حتى الآن ، تم إجراء البحوث على عملية الانحناء الأسطواني البارد باستخدام نماذج تحليلية وتجريبية فقط. يانغ وشيما [4]ناقش توزيع الانحناء وحظة الانحناء المحسوبة وفقاً لإزاحة وتدوير اللفة من خلال محاكاة تشوه قطعة العمل مع مقطع عرضي على شكل حرف U في ثني ثلاثي الأسطواناتمعالجة. Huaetal. [3] قد اقترحت صياغة لتحديد قوة الانحناء على البكرات وعزم الدوران في القيادة والقدرة على الانحناء الرباعي أحادي الاتجاه المستمر للوحة رقيقة. غاندي ورافال [5] طوروا تحليليًا ونماذج تجريبية لتقدير وضع الأسطوانة العلوية بوضوح كدالة في نصف قطر الانحناء النهائي للثني الأسطواني ثلاثي الأسطوانات للألواح.

  في هذه الورقة ، تمت دراسة معلمات عملية الثني بثلاث أسطوانات باستخدام تحليل العناصر الثنائية الديناميكية الصريحة (FE) الديناميكية ثنائية الأبعاد. كما هو موضح في الشكل 1 ،

الشكل 1. تكوين آلة ثني ثلاثية الأسطوانة الهرمية.

الشكل 2. الأبعاد الأولية لقطعة العمل للنمذجة (بالملليمتر).

تم تغذية الصفائح المعدنية بواسطة بكرتين جانبيتين من النقطة A ، عازمة على تقوس اعتباطي عن طريق ضبط موضع الأسطوانة العلوية ، ثم خرجت عند النقطة B. وبعد ذلك ، تم لحام قطعة العمل معاً لإنتاج الطويق. التبدأ عملية الدرفلة دائمًا بعملية حاسمة للتركيب على طرفي الشغل (الشكل 2). هذه العملية قضت على البقع المسطحة عند دحرجة شكل أسطواني كامل وضمان إغلاق أفضل للحبال.

  يعتمد نجاح عملية الثني ثلاثي الأسطوانة بشكل كبير على خبرة ومهارة المشغل. العمليتم إنتاج ثني القطع بشكل عام من خلال طريقة التمرير المتعدد ، وتسمى أيضًا "التجربة والخطأ" لتحسين قدرة الانحناء على الشواذ الدوارة. ومع ذلك ، تشير طريقة التمرير المتعدد إلى ارتفاع التكاليف بسبب هدر المواد وخسارتهامن وقت الإنتاج. تتطلب عملية التكرار والدقة والإنتاجية للعملية استخدام طريقة الإنتاج ذات الممر الفردي [5].

  ومع ذلك ، كانت الطريقة الأخيرة تمثل تحديًا دائمًا لأن المشغل يجب أن يكون لديه معرفة بمعلمات الماكينة المختلفة للحصول على حلقات ذات قطر مرغوب. تتضمن المعلمات موضع الأسطوانة العلوية (U) ،المسافة بين البكرات السفلية (أ) ، وسمك الصفائح المعدنية (هـ).

  2. النمذجة FE

  تتعقد عملية الدرفلة من منظور النمذجة FE. وتشمل خصائصه المشتركة مع عمليات التشكيل الأخرى اللدونة الكبيرة ، والتشريد الكبير ، وظواهر التلامس. ومع ذلك ، يبدو أن هذه العملية أكثرمعقدة من عمليات التشكيل الأخرى. على سبيل المثال ، يتم سحب قطعة العمل في فجوة لفة عن طريق الاحتكاك بسبب حركات الأسطوانة العلوية والسفلية.

  لنموذج عملية الدرفلة باستخدام كود FEs Abaqus ولضمان دقة وكفاءة الحوسبة ، تم أخذ العديد من التقنيات الأساسية بعين الاعتبار ، مثل نمذجة الهندسة والتجميع ومعالجة ظروف حدود الاتصال ،تعريف خصائص المواد والشبكة وما إلى ذلك [6]. هذه التقنيات مفصلة في القسم التالي.

  2.1 مشكلة النمذجة

  تم محاولة استخدام طرق الحل الضمنية والصريحة لتشغيل عمليات المحاكاة الناجحة. تكون الطريقة الضمنية مواتية في النماذج حيث يمكن استخدام الزيادات الكبيرة في الوقت. تم إجراء عدة محاولات باستخدام الأسلوب الضمني ، ولكنتمت مقاطعة عمليات المحاكاة بعد عدة درجات للتناوب. بالنظر إلى عدم الخطية للمشكلة وظروف الاتصال الشديدة ، لم يكن من الممكن استخدام زيادات كبيرة في الوقت. وبالتالي ، بدا أسلوب الحل الواضح أكثرمناسبة لأن هناك حاجة لزيادات زمنية صغيرة جدًا في المشكلة. تم تأكيد هذا الاختيار من الإجراء الديناميكي الواضح من قبل Han و Hua [7] باستخدام نموذج عملية تزوير الروتاري البارد لمحلقة الشغل. الاستند إجراء التحليل الدينامي الصريح على تنفيذ قاعدة تكامل صريحة باستخدام مصفوفات كتلة العنصر القطرية. تم دمج معادلات الحركة للهيئة باستخدام الاختلاف المركزي الواضحntegration rule [8] ، كما هو موضح في ما يلي:

التين. 3. اختبارات الشد أحادي المحور من S275JR.

حيث uN هي درجة من الحرية والتعبير i يشير إلى رقم الزيادة في خطوة ديناميكية صريحة.

  يتم توضيح الخطوات المختلفة بالتفصيل في الأقسام التالية.

2.2 مشكلة النمذجة

  يتكون نموذج عملية الثني الثلاثي الأسطوانة بالكامل من قطعة عمل وبكرات. تم تعريف صفائح الفولاذ على أنها جسم مشوه ، وتم تعريف البكرات ، التي لم تكن قابلة للتشوه ، كأجسام صلبة منفصلة. كل من هذهتم تعيين الهيئات الصلبة لنقطة مرجعية (RP) لتمثيل حركتها الصلبة في جميع درجات الحرية.

  2.3 خصائص المواد

  مصنوعة بكرات من الكربون الصلب C46 مزورة ، ويفترض أن تكون أجسام جامدة. تم تعيين ورقة الصلب كهيئة مشوهة. تم تعريف الخواص المادية للصلب S275JR باستخدام معامل يونغ E والكثافة ρ ونسبة بواسون ν. لتحديد السلوك البلاستيكي للصلب ، تم الحصول على منحنى إجهاد الإجهاد التقليدي من اختبار الشد أحادي المحور (NF A 03-151) ، كما هو موضح في الشكل 3. تم افتراض سلوك المرونة المتناحرة ، معمعامل يونغ البالغ 210 بكسل وقيمة بواسون 0.3. وصفت صلابة سلالة باستخدام عدة نقاط من الإجهاد الشد مقابل إجهاد من البلاستيك على قوة الغلة (290 ميغاباسكال) وأقل من قوة الشد (489 ميجا باسكال). الديناميكياستخدمت طريقة واضحة في الحساب ، وأخذ وزن الورقة في الاعتبار. كانت كثافة الفولاذ المستخدمة 7800 كجم · م 3. التدرج الشامل يؤثر بشكل كبير على النتائج الحسابية ؛ أكبر هو توسيع الكتلة أقصروقت الحساب. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي التوسع الكبير في الحجم إلى حل غير مستقر. في العمل الحالي ، تم العثور على المعلمة مقياس التحجيم الأمثل ليكون 3000 مرة.