Измерение параметров сварки трением в программе ANSYS - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Измерение параметров сварки трением в программе ANSYS

Бактыбай Ислам Сергазыулы 1
1КарГТУ
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Сварка трением — разновидность сварки давлением (часто упоминается как «сварка без расплавления»), при которой нагрев осуществляется трением, вызванным — в базовом варианте данного метода — перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия. Сварка трением используется для соединенияразличных металлов и термопластиков в авиастроении и автомобилестроени.Следует отметить, что окончательное соединение формируется на завершающей стадии процесса, когда к уже неподвижным образцам прикладывается проковочное усилие.

 

Процесс образования сварного соединения включает такие этапы:

разрушение и удаление оксидных плёнок под действием сил трения;

разогрев кромок свариваемого металла до пластичного состояния, возникает временный контакт, происходит его разрушение и наиболее пластичные объёмы металла выдавливаются из стыка;

прекращение вращения с образованием сварного соединения.

Сварка трением сопровождается процессом, при котором механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в теплоту; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения. Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями. Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения. В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы: по мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых и оксидных плёнок, присутствующих на них в исходном состоянии; граничное трение уступает место сухому, в контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи, немедленно разрушающиеся вследствие относительного движения поверхностей.

Процесс сварки трением может быть представлен в виде нескольких последовательных стадий:

а) Свариваемые элементы устанавливаются в патрон шпинделя и стационарный зажим. Если у свариваемых деталей нет общей оси симметрии, используются специальные приспособления.

б) Устанавливаются требуемые частота вращения шпинделя, величина осевой силы и производится сближение свариваемых элементов. Начинается процесс сварки. С ростом температуры снижается сопротивление металла деформации, а под действием сжимающей силы происходит вытеснение металла из стыка.

в) Эти условия поддерживаются определенное время, пока не будет достигнута требуемая температура для сварки данных материалов. Вращение шпинделя прекращается и увеличивается осевая сила, действующая до окончания процесса сварки.

г) Если машина для сварки оснащена дополнительным токарным суппортом, выполняется точение зоны сварного шва.

д) Сваренное изделие снимается со станка.

В данной статье рассмотрим данные в процессе измерения параметров сварки трением в программе ANSYS и строим график давления на выбранную область.

Для начала работы в программе ANSYS мы вставляем специальные коды.

/NOPR ! Көлемді есепке шығу блогы

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/prep7 !выход на препроцессор

/UNITS,SI!вход в систему Си

ET,1,SOLID92 !выбор конечных элементов

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0 !не учитывать температуру

Для выбора материалов мы вводим следующие команды (для каждого материала отдельный свой код):

!сталь1

MPDATA,EX,1,,3e11 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,1,,0.3!коэф. Пуассона

MPDATA,DENS,1,,7000 !Плотность

!сталь2

MPDATA,EX,1,,3e10 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,1,,0.25! коэф. Пуассона

MPDATA,DENS,1,,7000 ! Плотность

!сталь3

MPDATA,EX,2,,3e10 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,2,,0.25!коэф. Пуассона

MPDATA,DENS,2,,7000 !Плотность

Для построение отдельной детали вводим следующие команды (для каждой детали отдельный свой код):

! Сборка деталей1

R1=0.25

R2=0.3

Z1=1

Z2=2

Y1=0

Y2=360

CYLIND,R1,R2,Z1,Z2,Y1,Y2

! Сборка деталей2

R1=0.25

R2=0.3

Z1=2

Z2=2.1

Y1=0

Y2=360

CYLIND,R1,R2,Z1,Z2,Y1,Y2

Для соеденения деталей используем следующий код:

Vglue, all

Для посторения сетки используем следующие команды:

! Для мелкой сетки1

R1=0.25

R2=0.3

Z1=2.1

Z2=2.2

Y1=0

Y2=360

CYLIND,R1,R2,Z1,Z2,Y1,Y2

! Для мелкой сетки2

R1=0.25

R2=0.3

Z1=2.2

Z2=3.2

Y1=0

Y2=360

CYLIND,R1,R2,Z1,Z2,Y1,Y2

Здесь мы выбираем ту область, которую будем делить на мелкие сетки и задаем значение.

Для управления сеткой вводим следующие коды:

!Управление сеткой

FLST,5,32,4,ORDE,8

FITEM,5,9

FITEM,5,-16

FITEM,5,29

FITEM,5,-36

FITEM,5,49

FITEM,5,-56

FITEM,5,81

FITEM,5,-88

CM,_Y,LINE

LSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!*

LESIZE,_Y1,0.01, , , , , , ,1

В следующей картинке показано, что выделенная область неподвижно закреплена.

В этой же картинке показано, что в выделенную область дается давление. Давление мы взяли условно. Мы даем давление равной 300000Ра.

Vmesh, all

После этих операций, мы измерям давление в указанной области. Для измерения давления вставляем следующие коды:

!Расчёт напряжений

/POST1

!Деформированная форма

SET,FIRST

PLDISP,1

!Поля напряжений

AVPRIN,0,0,

PLNSOL,S,X,0,1!Напряжения сигма х

AVPRIN,0,0,

*VWRITE, s,x

A4, E10.3, 2X, D8.2

PLNSOL,S,Y,0,1!Напряжения сигма у

AVPRIN,0,0,

PLNSOL,S,XY,0,1!Напряжения сигма тау ху

AVPRIN,0,0,

!PLNSOL,S,EQV,0,1!Интенсивность !напряжений сигма i

!Графики напряжений вдоль АС

!Определить путь АС по двум точкам, !число разбиений 100

PATH,A1C1,2,30,100! а 30!?

PPATH,1,0,0.3,0,2.3,0,!Первая координата над крепью выше 0,3 по кровле

PPATH,2,0,0.3,0,1.9,0,!Вторая !координата точки,

!определяющая путь

!отобразить на путь напряжения сигма х !переменная эс х

/PBC,PATH,,0

AVPRIN,0,0,

PDEF,Sx,S,X,AVG!

!отобразить на путь напряжения сигма у, !переменная эс у

/PBC,PATH,,0

AVPRIN,0,0,

PDEF,Sy,S,Y,AVG

!отобразить на путь напряжения ТАУ xу, !переменная Txy

/PBC,PATH,,0

AVPRIN,0,0,

!PDEF,Txy,S,XY,AVG

!отобразить на путь ИНТЕНСИВНОСТЬ напряжения сигма i,

! переменная Si

/PBC,PATH,,0

AVPRIN,0,0,

!PDEF,Si,S,EQV,AVG

!ПОСТРОИТЬ ГРАФИЧЕСКИ

/PBC,PATH,,0

PLPATH,SX,SY,TXY,SI

!Перемещения вдоль оси OY

В этих кодах мы можем изменять значение на координатах x, y, z. После каждого изменения значения нам будет показан график давления.

В этом графике я использовал следующие значения для x, y, z:

PPATH,1,0,0.3,0,2.3,0,!Первая координата над крепью выше 0,3 по кровле

PPATH,2,0,0.3,0,1.9,0,!Вторая !координата точки,

В следующем графике я использовал следующие знчения для x, y, z:

PPATH,1,0,0.28,0,2.3,0,!Первая координата над крепью выше 0,3 по кровле

PPATH,2,0,0.28,0,1.9,0,!Вторая !координата точки,

В последнем же графике я использовал следующие знчения для x, y, z:

PPATH,1,0,0.,0.3,2.1,0,!Первая координата над крепью выше 0,3 по кровле

PPATH,2,0,0.,-0.3,2.1,0,!Вторая !координата точки,

В этой статье я хотел воссоздать параметры сварки трением и показать на схемах. К этим параметрам относятся: температура, давление и момент вращения.

Качество сварки =f(P,M,t)

Заключение

Программа ANSYS универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в сфере автоматизированных инженерных расчётов (САПР, или CAE) и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей.

Сварка трением разновидность сварки давлением и имеет высокий КПД, так как тепло выделяется строго в месте сварки и не теряется как в других сварочных процессах для его подведении к свариваемой детали.

Просмотров работы: 15