05.02.09 "Динаміка та міцність машин"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/19896
Переглянути
4 результатів
Результати пошуку
Документ Розрахунковий метод оцінювання впливу електромагнітних полів на пружно-пластичне деформування обладнання технологічних приладів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Лавінський, Денис ВолодимировичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України. Харків. 2021. Дисертаційну роботу присвячено розробці нового розрахункового методу оцінювання дії електромагнітних полів на пружно-пластичне деформування складених тіл з урахуванням зв’язаності механічних, електромагнітних та теплових полів, та застосуванню цього методу для дослідження деформування заготовок та обладнання технологічних приладів, які знаходяться під дією імпульсного електромагнітного поля. Велика кількість технічних та технологічних об’єктів експлуатується в умовах дії інтенсивних електромагнітних полів (ЕМП). Технології, які використовують ЕМП, викликають різноманітну силову, теплову дію на матеріали, вплив на магнітні властивості та інше. Найбільш важливим є силовий вплив, який виникає при дії ЕМП на електропровідне тіло та викликає його рух або деформування. Силовий вплив використовується у класі технологічних операцій, які одержали назву магнітно-імпульсна обробка матеріалів (МІОМ). Технологічне оснащення МІОМ деформується разом із заготовками під дією ЕМП, що може призводити до зменшення довговічності та втрати працездатності. Викладені факти свідчать про необхідність застосування розрахункових методів аналізу ЕМП та напружено-деформованого стану (НДС) елементів обладнання технологічних пристроїв МІОМ на етапі проектування та доведення. Таким чином, науково-прикладна проблема, яка полягає у створенні нових розрахункових методів оцінювання дії ЕМП на пружно-пластичне деформування заготовок та обладнання з урахуванням зв’язаності процесів розповсюдження ЕМП та деформування, а також розрахункові дослідження процесів розподілу ЕМП та деформування за умов конкретних технологічних операцій є актуальною, що визначило напрям дисертаційного дослідження. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: отримали розвиток розрахункові методи оцінювання пружно-пластичного деформування при дії ЕМП з урахуванням зв’язаності нелінійних механічних, теплових, електромагнітних процесів; надані нові постановки задач та розрахункові моделі щодо аналізу деформування електропровідних тіл на основі комплексного використання підходів і методів теорії термопружно-пластичності, електромагнетизму та теплопередачі, нові умови щодо контактної взаємодії складених тіл за умов дії ЕМП; розглянуто повну систему рівнянь початково-крайових задач та, на підставі енергетичного принципу, загальну варіаційну постановку задач аналізу незворотного термопружно-пластичного деформування систем електропровідних тіл; надано нове скінчено-елементне формулювання ефективного методу розрахункового аналізу пружно-пластичного деформування при дії ЕМП; на основі запропонованого в роботі методу проведено аналіз розподілу кількісних характеристик ЕМП у елементах технологічних пристроїв МІОМ; проведено аналіз пружно-пластичного деформування вигнутих тонкостінних заготовок за умов формоутворення в рамках технологічної операції "заповнення кутів"; проведено комплексний аналіз пружно-пластичного деформування технологічних систем «індуктор – заготовка» для різноманітних типів операцій МІОМ, а також на підставі запропонованого методу одержані кількісні результати, які дозволили зробити оцінки впливу параметрів зовнішнього ЕМП на деформування заготовки та на працездатність індуктору; проведені розрахунки ЕМП та НДС складених прес-форм з вуглець-вуглецевих композитних матеріалів для гарячого пресування порошків тугоплавких сполук; зроблені якісні та кількісні рекомендації щодо можливого створення подібних технологічних систем. У першому розділі надано результати аналізу сучасної наукової літератури за темою дисертаційної роботи. Зроблено висновок про те, що ЕМП є невід’ємною умовою функціонування багатьох технічних та технологічних систем. Найбільш ефективним у технологічних процесах є використання силового впливу ЕМП на оброблюваний об'єкт. Силовий вплив застосовується у прогресивних технологічних операціях МІОМ. Ефективність МІОМ обумовлена досягненням необхідного рівня формозміни заготовки, а також працездатністю та довговічністю технологічних приладів. Для оцінювання цих процесів необхідно проводити розрахунковий аналіз розповсюдження ЕМП та пружно-пластичного деформування. Розвиток теорій та створення моделей розповсюдження взаємозв’язаних полів у пружно-пластичних тілах мотивовані наявністю складних умов роботи елементів сучасної техніки. Потреба у працездатних та довговічних конструкціях для машинобудування та технологічних процесів призвела до розвитку нової галузі теорії взаємозв’язаних фізичних полів, що об'єднує теорію пружно-пластичного деформування і теорію електромагнетизму. Сучасні методи аналізу електромагнітних, теплових полів та пружно-пластичного деформування використовують чисельні методи розрахунку, серед яких найбільш поширеним є метод скінченних елементів (МСЕ). МСЕ застосовується для аналізу розподілення кількісних характеристик ЕМП, теплових полів та пружно-пластичного деформування заготовок за умов МІОМ, при цьому деформування приладів МІОМ зазвичай залишається поза увагою. Проведений аналіз дозволив сформулювати нові задачі дослідження з динаміки та міцності машин за темою дисертаційної роботи, які полягають у створенні ефективного розрахункового методу оцінювання дії ЕМП на пружно-пластичне деформування складених тіл з урахуванням зв’язаності механічних, електромагнітних та теплових полів, та застосування цього методу для дослідження заготовок та обладнання технологічних приладів, які знаходяться під дією імпульсного ЕМП. У другому розділі зроблено загальну постановку проблеми створення розрахункового методу оцінювання дії ЕМП на деформування систем електропровідних тіл. Розглянуті загальні балансові співвідношення, які зв’язують основні характеристики ЕМП, теплового поля та НДС, і надають змогу сформулювати визначальні рівняння та рівняння стану. Розглянуто модель щодо урахування впливу ЕМП на процес деформування тіла та розповсюдження теплового поля для випадку нехтування проявами п’єзо, магнітно-електричних, термо-електричних та термо-магнітних ефектів. Передбачено, що характеристики матеріалу можуть залежати від температури, а магнітна проникність для деяких матеріалів є функцією напруженості магнітного поля. Сформульовано повну систему диференціальних рівнянь початково-крайової задачі пружно-пластичного деформування систем електропровідних тіл при дії ЕМП та наявності теплового поля. Співвідношення для основних характеристик ЕМП прийнято в рамках макроскопічної електродинаміки, співвідношення пластичного деформування прийняті відповідно до асоційованої теорії плину. Явище контактної взаємодії запропоновано враховувати шляхом введення спеціального контактного шару, властивості якого обираються так, щоб коректно моделювати реальні умови взаємодії. На базі принципу стаціонарності повної енергії системи зроблено варіаційне формулювання задачі для випадку пружного деформування та квазістаціонарного розповсюдження ЕМП. Показано, що у випадку, коли зв’язаність механічного поля та ЕМП проявляється лише у наявності електромагнітних сил, то можливе послідовне розв’язання задач визначення компонентів ЕМП та НДС. Для загального випадку розповсюдження ЕМП, нестаціонарного теплового поля та пружного деформування наведено варіаційну постановку. Поширено варіаційну постановку на випадок пластичного деформування за теорією плину, з урахуванням залежності основних характеристик від температури. Запропоновано скінчено-елементну реалізацію, в якості базового обрано вісьмох-вузловий ізопараметричний скінченний елемент із білінійною апроксимацією шуканих функцій. Розглянуто застосування створеного розрахункового методу до низки модельних задач, у яких було відшукано розподілення компонент ЕМП, НДС та температури. Порівняння окремих результатів чисельного розв’язання із аналітичними дозволили зробити висновок про доцільність застосування запропонованого розрахункового методу для аналізу розповсюдження ЕМП, теплового поля та НДС у системах електропровідних тіл із метою оцінювання дії ЕМП на процес деформування. У третьому розділі запропоновано та обґрунтовано загальний підхід до визначення характеристик ЕМП та НДС у технологічних системах МІОМ, згідно до якого передбачається використання запропонованого розрахункового методу для розрахункової схеми, яка має містити індуктор та заготовку. Проведено розв’язання задачі із визначення просторово-часових розподілів основних характеристик ЕМП за умов технологічної операції МІОМ по притягненню тонких заготовок із феромагнітних матеріалів. Зроблено порівняння деяких результатів із відомими результатами аналітичних розв’язків та експериментальних досліджень. Порівняння показало, що результати, одержані за допомогою запропонованого методу є більш наближеними до експериментальних даних, ніж результати аналітичних розв’язків. Розглянута задача із визначення просторово-часових розподілів основних характеристик ЕМП та НДС у елементах технологічних систем МІОМ, призначених для притягнення тонких неферомагнітних заготовок. Розглянуто випадок застосування одновиткового складеного індуктора із допоміжним металевим екраном. На базі проведених розрахунків з розподілу основних характеристик ЕМП були проведені розрахункові дослідження розподілу основних компонент НДС у індукторі та заготовці, що дозволило оцінити вплив ЕМП на процес їх пружно-пластичного деформування. Розрахунки виконані у квазістаціонарному наближенні при значеннях характеристик ЕМП, що відповідали часовому максимуму. Встановлено, що розглянута технологічна система із одновитковим індуктором не задовольняє умовам технологічної операції, оскільки при заданих експлуатаційних характеристиках не досягається умова про виникнення зон пластичних деформацій у заготовці. При варіюванні сили струму у індукторі встановлено, що у заготовці з’являються зони пластичних деформацій, проте і індуктор стає навантаженим настільки, що може втратити працездатність. З огляду на це зроблено висновок, що задовольнити умовам технологічної операції можна у випадку використання багатовиткового індуктора із допоміжним екраном. На основі методу запропонованого у даній роботі визначені основні характеристики ЕМП та НДС тонкостінних вигнутих заготовок за умов технологічної операції «заповнення кутів». Проведені порівняння окремих результатів з розподілу ЕМП із відомими результатами експериментальних досліджень показали достатньо високий ступінь узгодженості та дозволили зробити висновок про доцільність застосування запропонованого у дисертації розрахункового методу до дослідження подібних технологічних систем. На основі аналізу пружно-пластичного деформування вигнутих заготовок та індукторів визначені раціональні характеристики деяких конструкційних та експлуатаційних параметрів технологічної системи. У четвертому розділі проведено комплексне дослідження розподілу компонент ЕМП та пружно-пластичного деформування індукторів та тонких плоских заготовок. Визначення компонентів НДС індукторів та заготовок проводилось у квазістаціонарному наближенні для максимальних значень компонент ЕМП у часовому проміжку. Розглянуті випадки одновиткового індуктора із конічним робочим отвором, який призначено для виправлення дефектів на феромагнітних заготовках та баговиткового індуктора із допоміжним екраном, призначеного для виправлення дефектів на неферомагнітних заготовках. Встановлено, що наявність бандажу знижує навантаженість індуктора, що дозволяє збільшувати експлуатаційні характеристики технологічного процесу без втрати працездатності індуктора. На основі розгляду пружно-пластичного деформування індуктора та заготовки визначені раціональні значення основних конструкційних та експлуатаційних характеристик технологічного процесу. Проведено дослідження пружно-пластичного деформування заготовки та складеного багатовиткового індуктора із урахуванням контактної взаємодії. Визначені діапазони значень експлуатаційних і конструкційних параметрів індуктора, за яких він залишається працездатним. Аналіз пружно-пластичного деформування індуктора разом із заготовкою дозволив встановити межі його застосування та визначити раціональні значення деяких конструкційних та експлуатаційних параметрів. У п'ятому розділі проведено аналіз деформування складених матриць прес-форм з вуглець-вуглецевих композитних матеріалів, призначених для пресування порошків тугоплавких сполук. Проведене розв'язання задачі нестаціонарної теплопровідності за умов різних режимів температурного впливу на прес-форму. Проведено комплексний аналіз деформування із урахуванням контактної взаємодії складених прес-форм двох типів (для виготовлення порожнистих і суцільних виробів) при найбільш небезпечному температурному режимі. Запропоновано перспективну схему пресування порошків високоміцних тугоплавких матеріалів, яка поєднує процес традиційного пресування і електромагнітного пресування. На основі визначених розподілів компонент ЕМП було проведено комплексний аналіз деформування системи «складена прес-форма – індуктор – заготовка». Аналіз розподілу тензорних та векторних компонент процесу деформування дозволив розрахунковим шляхом визначити, що в даному випадку навантаженість елементів прес-форми зменшується, і, відповідно, покращується її працездатність. Запропонований розрахунковий метод аналізу розподілу електромагнітних, теплових полів та НДС електропровідних тіл може використовуватись на етапі розробки елементів нової техніки з метою оцінювання дії ЕМП. Отримані кількісні та якісні закономірності впливу зовнішнього ЕМП на обладнання та заготовки при технологічних операціях МІОМ можуть використовуватись при створенні нових елементів технологічного оснащення з урахуванням взаємодії заготовок та обладнання технологічних приладів. Дисертаційна робота виконана у відповідності до держбюджетних НДР МОН України: «Створення методів для чисельно-аналітичного аналізу повзучості та динаміки континуальних і дискретних механічних систем» (ДР № 0109U002374, 2009-2011 рр.); «Розробка теоретичних основ і методів рішення задач забезпечення міцності та надійності високонавантажених елементів машинобудівних конструкцій» (ДР № 0109U002382, 2012-2014 рр.) та «Розробка математичних моделей і методів рішення нелінійних задач динаміки та міцності елементів конструкцій при дії квазістатичних, динамічних та ударних навантажень» (ДР № 0115U000509, 2015-2017 рр.). Рекомендації щодо вибору раціональних конструкційних параметрів складених прес-форм для пресування порошкових матеріалів були використані в практиці виготовлення подібних прес-форм в ННЦ «ХФТІ» (м. Харків).Документ Розрахунковий метод оцінювання впливу електромагнітних полів на пружно-пластичне деформування обладнання технологічних приладів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Лавінський, Денис ВолодимировичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2021 р. Дисертаційну роботу присвячено розробці нового розрахункового методу оцінювання впливу електромагнітних полів (ЕМП) на пружно-пластичне дефо-рмування складених тіл з урахуванням зв’язаності механічних, електромагнітних та теплових полів, та застосуванню цього методу для дослідження деформування обладнання технологічних приладів, які знаходяться під дією імпульсного ЕМП. Представлено загальну постановку проблеми створення розрахункового методу оцінювання дії ЕМП на деформування систем електропровідних тіл. Розглянуті загальні балансові співвідношення, які зв’язують основні характеристики ЕМП, теплового поля та напружено-деформованого стану (НДС), і надають змогу сформулювати визначальні рівняння. Сформульовано повну систему диференціальних рівнянь початково-крайової задачі пружно-пластичного деформування систем електропровідних тіл при дії ЕМП та наявності теплового поля. Чисельна реалізація методу спирається на метод скінченних елементів (МСЕ). Явище контактної взаємодії запропоновано враховувати шляхом введення спеціального контактного шару, властивості якого обираються так, щоб коректно моделювати реальні умови взаємодії. Запропоновано та обґрунтовано загальний підхід до визначення характеристик ЕМП та НДС у технологічних системах магнітно-імпульсної обробки ма-теріалів (МІОМ), згідно до якого передбачається використання запропонованого розрахункового методу для розрахункової схеми, яка має містити індуктор та заготовку. Проведені розрахунки ЕМП та НДС обладнання технологічних систем МІОМ, за результатами яких визначені раціональні експлуатаційні та конструкційні параметри технологічних операцій.Документ Скінченно-елементний аналіз швидкісного деформування захисних елементів машинобудівних конструкцій(Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, 2017) Овчарова, Наталія ЮріївнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2017 В дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача визначення динамічного напружено-деформованого стану захисних елементів машинобудівних конструкцій при імпульсному та ударному навантаженнях для забезпечення їх міцності та ефективного використання при експлуатації. На основі тривимірної моделі швидкісного деформування елементів конструкцій, з урахуванням пружно-пластичних скінченних деформацій і динамічних властивостей матеріалів отримані залежності розподілу напружень від швидкості удару за просторовими та часовими координатами в елементах конструкцій. Виявлені нові особливості процесу швидкісного деформування елементів при локальних навантаженнях, що відрізняються визначенням розмірів обмеженої зони напружень з великими градієнтами, утворенням кратерів тощо. Отримані залежності між напруженнями та швидкостями удару в тришаровому елементі для окремих шарів та деформаціями в шарах в залежності від швидкості ударника.Документ Скінченно-елементний аналіз швидкісного деформування захисних елементів машинобудівних конструкцій(НТУ "ХПІ", 2017) Овчарова, Наталія ЮріївнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2017 В дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача визначення динамічного напружено-деформованого стану захисних елементів машинобудівних конструкцій при імпульсному та ударному навантаженнях для забезпечення їх міцності та ефективного використання при експлуатації. На основі тривимірної моделі швидкісного деформування елементів конструкцій, з урахуванням пружно-пластичних скінченних деформацій і динамічних властивостей матеріалів отримані залежності розподілу напружень від швидкості удару за просторовими та часовими координатами в елементах конструкцій. Виявлені нові особливості процесу швидкісного деформування елементів при локальних навантаженнях, що відрізняються визначенням розмірів обмеженої зони напружень з великими градієнтами, утворенням кратерів тощо. Отримані залежності між напруженнями та швидкостями удару в тришаровому елементі для окремих шарів та деформаціями в шарах в залежності від швидкості ударника.