Математична модель вибуховоударного навантаження зміцнюваних елементів гірничого устаткування

Abstract

Обґрунтовано актуальність досліджень щодо підвищення зносостійкості деталей гірничого обладнання. Це пов’язано з тим, що на даний час фізична зношеність виробничих фондів гірничо-металургійного комплексу України становить 70–75%. Зазначено, що сучасні методи розрахунку процесу деформаційного зміцнення при імпульсних навантаженнях базуються на теоріях поширення пружно-пластичних хвиль у матеріалах. При цьому визначальні співвідношення ґрунтуються на фізико-механічному підході. Для теоретичного аналізу динамічних задач найбільш доцільними є різні варіанти чисельних методів. Надано метод розрахунку параметрів навантаження для зміцнення та одержання відливки заданої структури і фізико-механічними характеристиками. Завдання визначення потрібного навантаження зводиться до розв’язання задачі математичного програмування. У цьому випадку цільова функція приймається у вигляді квадратичного функціоналу Гауса. Функціонал мінімізується на сімействі кривих (тиск продуктів детонації, швидкість). Обчислення параметрів заряду вибухової речовини (тиск продуктів детонації, швидкість) здійснюється за методом покоординатного спуску. Моделювання процесу зміцнення зуба ковша екскаватора виконувалося також методом скінченних елементів у системі Ansys / Autodyn. Виконано розрахунок інтенсивності напружень і деформацій в умовах одностороннього і двостороннього зміцнення вибухом, а також з урахуванням хвилі розвантаження при односторонньому зміцненні. Визначальні співвідношення для швидкості пластичних деформацій доцільно використовувати у формі Гілмана–Джонстона. З використанням цього співвідношення, можливо описати процес загасання передвісника і зміну загальної щільності дислокацій. Дослідження можуть бути використані при оптимальному проектуванні процесів зміцнення пластичним деформуванням і штампування деталей, що працюють в умовах інтенсивного зносу і знакозмінних навантажень.It is noted that modern methods of calculating the process of the strain hardening under the pulsed loads are based on the theories of propagation of the elastic-plastic waves in materials. In this case, the determining relations are based on the physical and mechanical approach. Various versions of numerical methods are most appropriate for the theoretical analysis of the dynamic problems. A method for calculating the load parameters to strengthen and obtain castings of a given structure and physical and mechanical characteristics is provided. The task of determining the required load is reduced to solving a problem of the mathematical programming. In this case the objective function is taken in the form of a quadratic Gaussian functional. The functional is minimized on the family of curves (the pressure of the detonation products, the speed). The calculation of the parameters of the explosive charge (the pressure of the detonation products, the speed) is carried out by the method of coordinate descent. The modeling of the process of the strengthening of the bucket tooth of the excavator was also carried out by the finite element method in the Ansys / Autodyn system. The calculation of the intensity of stresses and strains in the conditions of unilateral and bilateral strengthening by the explosion, in made and also taking into account the unloading wave during the unilateral strengthening. It is advisable to use the defining relations for the rate of the plastic deformations in the form of Gilman-Johnston. Using this relation, describe the precursor attenuation process and the change in the total dislocation density. The research can be used in the optimal design of the processes for strengthening by the plastic deformation and stamping of parts working under conditions of the intensive wear and alternating loads.