Моделирование процесса магнитно-импульсной сборки осесимметричных металло-композитных конструкций летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.03, кандидат технических наук Хорошко, Леонид Леонидович

• Хорошко, Леонид Леонидович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хорошко, Леонид Леонидович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Возможности использования конструктивных элементов из пластических масс в производстве ЛА.

1.2. Классификация типовых осесимметричных соединений и конструкций

1.3. Обзор основных технологических процессов получения трубчатых неразъемных герметичных соединений летательных аппаратов.

1.4. Анализ существующих способов получения сборочных конструкций из пластических масс.:.

1.5. Метод магнитно-импульсной обработки gfc металлов (МИОМ).

1.5.1.1. Сущность метода МИОМ.:.

1.5.1.2. Основные технологические операции выполняемые методом МИОМ над трубчатыми заготовками.

1.5.1.3. Требования к обрабатываемым материалам.

1.5.1.4. Оборудование, инструмент, оснастка.

1.6. Обзор сборочных операций выполняемых методом МИОМ.

1.6.1. Соединение деталей, имеющих криволинейные поверхности.

1.6.2. Сборка по прямолинейной образующей.

1.7. Выводы по главе.

1.8. Цели и задачи работы.

ГЛАВА 2. ДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ СБОРКЕ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ.

2.1. Состояние вопроса по определению динамических характеристик материалов в условиях магнитно - импульсного нагружения.

2.1.1. Экспериментальный метод построения динамических диаграмм "напряжение-деформация".

2.1.2. Методы определения давления и измерения деформаций при МИОМ.

2.2. Аналитическое выражение зависимости между напряжением и деформацией.

2.3. Аналитическое выражение давления.

2.4. Выбор расчетной конструкции и схемы деформирования.

2.5. Вывод уравнений движения.

2.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА МИОМ.

3.1. Моделирование процесса МИОМ при сборке осесимметричных соединений и конструкций.

3.1.1. Возможности программных систем компьютерной графики для пространственного моделирования.

3.1.2. Моделирование осесимметричных соединений и конструкций.

3.1.3. Моделирование и разработка инструмента для МИОМ.

3.2. Определение энергосиловых параметров.

3.3. Общая блок схема и алгоритм решения уравнений динамики оболочек под воздействием давления импульсного магнитного поля.

3.4. Выбор оптимального режима магнитно-импульсной сборки.

3.5. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процесса магнитно-импульсной сборки осесимметричных металло-композитных конструкций летательных аппаратов»

В условиях постоянного совершенствования и частого обновления конструкций летательных аппаратов, узлов и устройств, используемых в авиационной, космической, ракетной и других отраслях производства, особо важное значение приобретает разработка, развитие и быстрое внедрение в промышленность новых эффективных технологических процессов, превосходящих по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и мировые достижения.

В последнее время широкое распространение получили методы, интенсифицирующие процессы деформирования металлов и сплавов. К ним относятся высокоскоростные способы деформирования и методы дополнительного энергетического воздействия. Эти методы существенно повышают производительность труда, снижают себестоимость выпускаемой продукции, а в ряде случаев повышают и её качество.

В конструкциях современных летательных аппаратов и двигателей (особенно в пневмогидравлических системах) большое распространение имеют неразъемные герметичные соединения из разнородных или несвариваемых обычными методами материалов. Примерами таких соединений могут служить, например, соединения трубопроводов из следующих пар материалов: АМЦ + МЦ, АД1 + АМГ6 и др. Особое значение занимают соединения типа «металл-пластик» и проблема соединения деталей из пластмасс с другими материалами приобретает особую актуальность.

В настоящее время для получения подобных соединений могут быть использованы различные технологические процессы.

Наиболее перспективным из них является импульсное магнитное поле (ИМП), которое в отличие от других не требует специальных условий реализации. В тоже время ИМП легко и достаточно точно регулируется в широком диапазоне передаваемой энергии. При этом процесс характеризуется более высокой стабильностью воспроизведения рабочих режимов, высокой производительностью, может быть легко автоматизирован и применен в обычных цеховых условиях. Следует отметить также важную особенность исследуемого метода, которой является отсутствие неуравновешенных реактивных моментов и усилий, движущихся частей инструмента, что в перспективе создает предпосылки для применения оборудования магнитно-импульсной обработки материалов в космосе.

Работы по использованию ИМП в технологических процессах деформирования тонколистовых деталей начались в середине 50-х годов с появлением первых магнитно-импульсных установок и сейчас они интенсивно ведутся во многих странах: США, Англия, Германия, Япония и др. У нас в стране в этом направления работают в ИАЭ, НИАТ, МАТИ, МАИ и в других организациях. Несмотря на большое количество экспериментальных и теоретических работ, в настоящее время не существует модели процесса, описывающей действие импульсного электромагнитного поля на деформируемые материалы.

Настоящая работа посвящена моделированию процесса сборки неразъемных герметичных трубчатых металло-композитных соединений с использованием интенсивного импульсного электромагнитного поля ( ИЭМП).

Заключение диссертации по теме «Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов», Хорошко, Леонид Леонидович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании проведенного исследования возможных способов получения неразъемных герметичных соединений и осесимметричных конструкций методом магнитно-импульсной обработки металлов можно сделать вывод, что в настоящее время отсутствует модель процесса образования таких соединений.

2. На основе численного решения уравнений движения для основных этапов процесса сборки разработана модель процесса образования осесимметричного соединения импульсным магнитным полем посредством операции «обжим» наружной трубы по внутренней с применением композиционных материалов.

3. На основе разработанной модели процесса магнитно-импульсной сборки осесимметричного соединения дана кинематика процесса соединения, позволяющая определить временные и скоростные характеристики движения стенки при обжиме алюминиевого образца.

4. На основе методов численного решения разработан метод аналитического определения энергосиловых параметров процесса магнитно-импульсной сборки оболочечных конструкций, позволяющий получить аналитические зависимости для величин, характеризующих процесс деформирования.

5. Разработаны конструкции универсальных индукторов с возможностью регулирования диаметра рабочего отверстия, что позволяет расширить технологические возможности и производить процесс деформирования для заготовок разного типоразмера.

6. Предложена методика по выбору оптимального режима сборки осесимметричных соединений и конструкций методом магнитно-импульсной обработки, позволяющая повысить экономическую эффективность процесса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хорошко, Леонид Леонидович, 2004 год

1. Слесарев А.В. Управление распределением давления вдоль образующей цилиндрической оболочки при магнитно-импульсном деформировании элементов конструкций ЛА. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 1982.

2. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов. Перевод с английского под ред. Абибова А.Л. М., Машиностроение, 1975.

3. Стеклопластики в компрессорах авиационных реактивных двигателей. Обзор иностранной технической литературы за 1953-1993гг., 1994.

4. Комаров Г.В. Способы соединения деталей из пластических масс. М., Химия, 1979.

5. ОСТ 92-0957-74. Стеклопластики конструкционные. Типовые • конструкционные процессы.

6. Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. Ленинград, Машиностроение, 1975.

7. Хворост В.Ю. Определение силовых и энергетических параметров многовитковых индукторных систем для магнитно-импульсных методов обработки металлов давлением. В сб.: Технология и опыт внедрения импульсных методов обработки металлов давлением. ЛДНТП, 1970.

8. Рубанов Л.А., Барбарович Ю.К. Опыт внедрения магнитно-импульсной обработки тонколистовых деталей. В сб. Технология и опыт внедрения импульсных методов обработки металлов давлением. ЛДНТП, 1970.

9. Попов Е.А. и др. Деформирование металла импульсным магнитным полем. КШП, 1966.

10. Шавров И.А., Фейгин А.П. Штамповка и соединение деталей •> импульсным магнитным полем. В сб.: Судостроение за рубежом. Москва, 1973.

11. Sanderson L. Tooling, 1972, 26, № 2.

12. Speed is replacing weight in shaping metals. Engineer, 1969, 229, № 5921.

13. Magnetic forming. Metal forming, 1969, 36, № 6.

14. SzilasM. Technishe Rundschau, 1969, 61, №23.

15. Mantagnani M. Schweissen und Schneiden, 1971, 23, № 12.

16. Naumann E. ZIS- Mitteilungen, 1969, 11, № 1.

17. Grin M. Revue metallurgia, 1970, 67 № 2.

18. Эпштейн Г.Н., Кайбышев О.А. Высокоскоростная деформация и структура металлов. М., Металургия, 1971.

19. Орленко Л.П. Поведение материалов при интенсивных импульсных нагрузках. М., Машиностроение, 1964.

20. Райнхарт Д.С. Взрывная обработка металлов. М., Мир.

21. Баландин Ю.А. Исследование механических характеристик материалов в условиях магнитно-импульсного нагружения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Горький, 1975.

22. Буравлев А.Г., Кессельман М.А. -Влияние магнитно-импульсной штамповки на некоторые физико-механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов. ХГУ, Харьков, 1975.

23. Бондалетов В.Н. Определение ЭМС, их работа и электрического к.п.д. в контурах с током. Электричество, № 11, 1966.

24. Брон О.Б., Епичурин В.П. Давление на цилиндрическую деталь при магнитно-импульсной обработке металлов. Электромеханика, № 5, 1968.

25. Волощенко - Климовицкий Ю.Я. Динамический предел текучести. М., Наука, 1965.

26. Троицкий О.А. Увеличение скорости пластической деформации металла под влиянием импульсов электрического тока. М., Наука, 1971.

27. Хардин В.В., Комаров А.Д. и др. Особенности деформации металла при магнитно-импульсной штамповке. КШП, № 4, 1970.

28. Лысенко Д.Н., Ровинский Б.М. и др. Механические свойства субструктура алюминиевых сплавов деформированных импульсным магнитным полем.

29. Ендин Н.А., Иванов Е.Г. Соединение труб с наконечниками магнитно- импульсными методами. ЧГУ, Чебоксары, 1970.

30. Глушенков В.А., Комаров А.Д., Лысенко Д.Н. Раздача и калибровка труб из титанового сплава импульсным магнитным полем. КШП, № 12, 1969.

31. Аверьянов А.Г., Беклемишев Н.Н., Шапиро Г.С. Об определении динамической диаграммы растяжения материалов при помощи кольцевых образцов. Проблемы прочности, АН СССР, № 9.

32. Алексеев Ю.Н. Вопросы пластического течения металлов. ХГУ, Харьков, 1958.

33. Радзивончик В.Ф. Скоростное пластическое деформирование металлов. ХГУ, Харьков, 1967.

34. Ионов В.Н., Огибалов П.М. Напряжение в телах при импульсном нагружении. М., Высшая школа, 1975.

35. Дейвис P.M. Волны напряжений в твердых телах. ИЛ, 1961.

36. Райнхарт Дж.С, Пирсон Д. Поведение металлов при импульсных нагрузках. М., ИЛ, 1958.

37. Лопатин А.И. Получение динамической диаграммы "напряжение- дефомация" при помощи кольцевых образцов. Импульсная обработка металлов давлением. Харьков, ХАИ, 1970.

38. Баландин Ю.А., Иванов Е.Г. Экспериментальное определение механических характеристик материалов при нагружении импульсным магнитным полем. В кн.: Импульсное нагружение конструкций. Вып. № 4, ЧГУ, Чебоксары, 1973.

39. Тамм И.Е. Основы теории электричества. ГИТТЛ, 1954.

40. Бондажетов В.Н. Ускорение микроскопических тел магнитным полем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МЭИ, Москва, 1965.

41. Брон О.Б. Епечурин В.П. Давление на цилиндрическую деталь при магнитно-импульсной обработке металлов. "Электротехника", № 5, 1968.

42. Попов Ю.А. Методы расчетов импульсных электромагнитных процессов и индуктивно связанных систСхМах при МИОМ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МЭИ, Москва, 1970.

43. Брон О.Б. Епечурин В.П., Распределение давлений и просачивание магнитного поля через деталь при магнитно-импульсной обработке. "Электротехника", № 11, 1968.

44. Брон О.Б. Епечурин В.П., Электромагнитные давления и их пространственные распределения при магнитно-импульсной обработке. СЭПИ, 1969.

45. Брайко В.П. Методы измерения индукции и напряженности применения магнитных полей. Киев, 1970.

46. Горбунов Н.М. Исследование процесса сборки трубчатых конструкций ЛА пластическим деформированием под действием ИМП. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1970.

47. Епечурин В.П., Шалыгин В.Н. и др. Измерение скорости деформирования при МИОМД. Измерительная техника, № 7, 1971.

48. Сердюк B.C. Исследование процесса электромагнитного обжима при сборке трубчатого узла. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1977.

49. Мирошников В.Г. Исследование некоторых вопросов процесса обработки металлов давлением магнитного поля. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1976.

50. Мирошников В.Г. Рентгеновский метод измерения скорости деформирования при МИОМ. Вестник машиностроения. N 9, 1972.

51. Бауэр Д. Измерение усилий деформирования и измерений формы при высокоскоростных деформациях трубчатых изделий магнитными полями. № 10, 1965.

52. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве ЛА. М., Машиностроение, 1970.

53. Баландин Ю.А., Иванов Е.Г., Чернов Е.И. К построению динамической диафаммы "напряжение-деформация". В сб.: Импульсное нагружение конструкций. Вып. 2, ЧГУ, Чебоксары, 1971.

54. Ба^ тандин Ю.А. Поведение меди при магнитно-импульсной деформировании В сб.: Импульсное нагружение конструкций. Вып. 5, ЧГУ, Чебоксары, 1974.

55. Курьянов Ю.П. Разработка и исследование процесса формообразования крупногобаритных осесимметричных оболочек двойной кривизны магнитным полем. Автореф. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1978.

56. Аркулис Г.Э. Совместная пластическая деформация разных металлов. М., Металургия, 1964.

57. Иванов Е.Г. О раздаче тонкостенных труб импульсным магнитным полем. В сб. Импульсное нафужение конструкций. Чебоксары, 1971.

58. Баландин Ю.А. Поведение алюминиевого сплава Д16Т при магнитно- импульсном деформировании. В сб.: Импульсное нафужение конструкций. Вып. 6, ЧГУ, Чебоксары, 1976.

59. Янгдаль К. Влияние формы импульса на окончательные пластические деформации круглой пластинки. Механика, Москва, МИР, 1972.

60. Белый И.В., Фертик СМ., Хименко Л.Т. Справочник по .магнитно- импульсной обработке металлов. Харьков, Вища школа, 1977.

61. Al-Hassani S.T.S Scale model testing in magnetic forming of tubes. Manchester, 1973.

62. Белоглазов И.М. Исследование некоторых процессов осесимметричного деформирования трубчатых заготовок ИМП. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1969.

63. Шалунов Е.П. исследование и разработка процесса магнитно-импульсной сборки рукавов высокого давления ЛА. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1979.

64. Попов Ю.А. Некоторые особенности расчеты процессов, использующих Ф силовое воздействие импульсного магнитного поля. В сб. Электорофизические процессы при импульсном разряде. Чебоксары, 1977.

65. Magnetic forming. Metall Forming, №6,1969.

66. Иванов Е.Г. Раздача тонкостенной трубчатой заготовки в матрицу импульсным магнитным полем. В сб. Импульсное нагружение конструкций, Чебоксары, вып. № 8, 1977.

67. Иванов Е.Г. Некоторые вопросы осесимметричного деформирования импульсным магнитным полем. В сб. Импульсное нагружение конструкций, Чебоксары, вып. № 5, 1974.

68. Фиглин З., Бойцов В.В., Калпин Ю.Г. Изотермическое деформирование металлов. Москва, Машиностроения 1978.

69. Астапов В.Ю., Хорошко Л.Л. Составление уравнений движения на этапе свободного перемещения оболочки под воздействием ИМП. Тезисы XII НТК "МУиС" МАТИ, Москва, 1988.

70. Астапов В.Ю., Хорошко Л.Л. Уравнения движения на этапе совместного движения заготовки и матрицы. Тезисы НТК МАТИ "Геометрические аспекты проектирования, технологии изготовления, деформирования и разрушения элементов ЛА". МАТИ, Москва, 1988.

71. Иванов Е.Г. Раздача толстостенной трубы импульсным магнитным полем. В сб. Импульсное нафужение конструкций, Чебоксары, вып. №4, 1973.

72. Беккер П.В., Евдокимов А.К. Компьютерное моделирование при исследовании процессов многоканального выдавливания. КШП, № 12, 1999.

73. Курлаев Н.В., Юдаев В.Б., Гулидов А.И. Инерционная посадка гофр при магнитно-импульсной гибке-формовке листовых деталей ЛА. КШП, № 7, 2001.

74. Курлаев Н.В., Юдаев В.Б. Численное моделирование процесса сборки наконечников с электрожгутами давлением ИМП. КШП, № 8, 2001.

75. Кухарь В.Д., Чистяков А.В. Моделирование разделительных операций ОМД методом конечных элементов. КШП, № 8, 2002.

76. Романычева Э.Т., Сидорова Т.М., Сидоров С Ю . AutoCAD, ДМК, Москва, 1998.

77. Маров М. 3D Studio МАХ. Справочник, Санкт-Петербург, 2000.

78. Хорошко Л.Л., Астапов В.Ю. Пространственное моделирование трехмерных объектов сложной геометрической формы на основе програмной системы компьютерной графики 3D Studio МАХ. Тезисы международной НТК МАТИ XXIX "Гагаринские чтения", Москва, 2003.

79. Хорошко Л.Л., Астапов В.Ю. "Моделирование прцесса сборки осесимметричных соединений и конструкций в процессе магнитно-импульсного деформирования. Тезисы межвузовской НТК "Прикладные вопросы компьютерной графики в авиастроении", Москва, 2003.

80. Хорошко Л.Л., Астапов В.Ю. Использование програмной системы компьютерной графики 3D МАХ для моделирования прцесса сборки осесимметричных конструкций. Тезисы международной НТК МАТИ XXIX "Гагаринские чтения", Москва, 2003.

81. Астапов В.Ю., Хорошко Л Л. , Зайцев Г.П. Авторское свидетельство на изобретение № 1570130. Индуктор для магнитно-импульсного обжима, Москва, 1990.

82. Астапов В.Ю., Хорошко ЛЛ., Зайцев Г.П. Авторское свидетельство на изобретение № 1541863. Индуктор для магнитно-импульсной обработки, Москва, 1989.

83. Холл Дж., Уатт Дж. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Москва, Мир, 1979.

84. Бахвалов Н.С, Жидков Н.П., Кобельииков Г.М. Численные методы. Москва, Наука, 1987.

85. Попов Ю.А., Иванов А.И. К выбору оптимальных электрических режимов магнитно-импульсной обработки металлов. В сб.: Исследование новых электрофизических и электротермических процессов. Чебоксары, ЧГУ, 1972.

86. РТМ 25 258-77. Обработка магнитно-импульсная деталей. Типовые технологические процессы. Москва, 1977.

87. РТМ-1475. Магнитно-импульсная обработка металлов. Выбор электротермических режимов и прочностной расчет инструмента. Москва, НИАТ, 1976.

88. Иванов Е.Г., Морозов В.И., Шалунов Е.П. Магнитно-импульсная обработка деталей приборов и механизмов в приборостроении. Москва, ЦНИИТЭИ приборостроение. 1976.

89. Установки магнитно-импульсные. Проспект НИИМАШ. Выставка "Пресс-75", УДК 621.7.044.7.

90. Горбунов Н.М., Беклемишев Н.Н., Слесарев А.В. О проектировании инструмента для магнитно-импульсной обработки. В кн.: Технология в космосе, МАИ, Москва, 1977.

91. ТалалаевА.К. Создание новых систем МИОМ. Тула, 1993 г.

92. Синебрюхов А.Г. Магнитно-импульсная обработка металлов, Томск, 1996.

93. Самохвалов В.Н. Обработка деталей импульсным магнитным полем. Москва, 1996.

94. Проскурянов Н.Е. Теория и методы комплексного проектирования оборудования магнитно-импульсной обработки металлов. Тула, 1998.

95. Ракошиц Г.С. Электроимпульсная штамповка. Москва, 1991.

96. Маленичев И.А. Повышение эффективности метода магнитно- импульсной обработки металлов. Тула, 1998.

97. Самохвалов В.Н., Исаченков Е.И. Перспективные схемы технологических процессов магнитно-импульсного формообразования поперечно-гофрированных оболочек. Пенза, 1992.

98. Кухарь В.Д., Макаров Л.Л. Общий метод расчета нестационарных процессов магнитно-импульсной обработки металлов. КШП №2, 1999.

99. Астапов В.Ю., Хорошко ЛЛ., Евсеев Е.Г. О магнитно-импульсной сборке осесимметричных конструкций. Тезисы НТК МАТИ "Геометрические аспекты проектирования, технологии изготовления, деформирования и разрушения элементов ЛА". МАТИ, Москва, 1988.