Розрахунково-експериментальне дослідження напружено-деформованого стану елементів технологічних систем методами скінченних елементів та голографічної інтерферометрії

Abstract

У роботі описані розрахунково-експериментальні дослідження напружено-деформованого стану елементів технологічних систем. На прикладі переналагоджувальних верстатних пристосувань лещатного типу визначено розподіл переміщень окремих поверхонь. У ході експериментальних досліджень нормальні переміщення визначаються з картини смуг на голограмі. Компоненти вектора переміщень у площині досліджуваних поверхонь визначаються шляхом сканування спекл-інтерферограм. Отримані розподіли компонент переміщень порівнювались із розподілами, які визначені методом скінченних елементів. Підтверджено задовільну збіжність результатів чисельних та експериментальних досліджень. Побудовані розрахункові моделі можуть бути використані для подальших досліджень поведінки корпусів пристосувань лещатного типу при дії комплексу навантажень. Перевагою розробленого варіанту розрахунково-експериментального методу дослідження напружено-деформованого стану є його пряма орієнтація на верифікацію розрахункової моделі. Базовими є результати експериментальних досліджень у вигляді картин інтерференційних смуг. Ці картини описують розподіл полів переміщень точок поверхонь досліджуваних тіл. Із цією картиною, яка отримана на натурному об'єкті, порівнюються картини полів переміщень, які отримані у ході розрахунків із застосуванням методу скінченних елементів. Чисельно розраховані картини видозмінюються залежно від крайових умов, які застосовуються, а також від характеристик скінченно-елементних моделей, які будуються. Для визначення адекватних крайових умов та прийнятних варіантів скінченно-елементних моделей мінімізується функціонал невідповідності полів розподілів переміщень, отриманих, з одного боку, чисельно, а з іншого – експериментально. Така побудова алгоритму верифікації розрахункових моделей продемонструвала свою працездатність та ефективність.

The work describes computational and experimental studies of the stress-strain state of elements of technological systems. The distribution of movements of individual surfaces is determined on the example of vice-type adjustable machine tools. In the course of experimental studies, normal displacements are determined from the pattern of stripes on the hologram. The components of the displacement vector in the plane of the investigated surfaces are determined by scanning speckle interferograms. The obtained distributions of the displacement components were compared with the distributions determined by the finite element method. Satisfactory convergence of the results of numerical and experimental studies has been confirmed. The constructed calculation models can be used for further studies of the behavior of the housings of vice-type devices under the action of complex loads. The advantage of the developed version of the calculation-experimental method of studying the stress-strain state is its direct focus on the verification of the calculation model. The basic results are the results of experimental studies in the form of patterns of interference bands. These pictures describe the distribution of displacement fields of points on the surfaces of the bodies under study. With this picture, which was obtained on a natural object, the pictures of displacement fields, which were obtained during calculations with the application of the finite element method, are compared. Numerically calculated pictures are modified depending on the boundary conditions that are applied, as well as on the characteristics of the finite element models that are being built. In order to determine adequate boundary conditions and acceptable variants of finite-element models, the functional of the discrepancy of the displacement distribution fields obtained, on the one hand, numerically, and on the other - experimentally, is minimized. This construction of the calculation model verification algorithm demonstrated its efficiency and effectiveness.