Науково-прикладні основи проектування функціонально-орієнтованих технологій машинобудування засобами паралельного інжинірингу
Вадим Ступницький
Інформація
Коментарі (0)
Науково-прикладні основи проектування функціонально-орієнтованих технологій машинобудування засобами паралельного інжинірингу - Вадим Ступницький
Автор: Вадим Ступницький
Написано: 2015 року
Твір додано: 19-10-2021, 13:29
Завантажити:
Метою дисертаційної роботи є підвищення
експлуатаційних властивостей деталей машин шляхом формування комплексу
оптимальних параметрів якості поверхонь на засадах функціонально-
орієнтованих технологій механічного оброблення виробів, проектування яких
здійснюється засобами паралельного інжинірингу..
Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі необхідно 9
Провести аналіз сучасного стану технологічного забезпечення
інтегрованих систем автоматизованої підготовки машинобудівного виробництва
та розробки методів прогнозуючого моделювання процесів механічного
оброблення виробів.
Розробити методичне та алгоритмічне забезпечення автоматизованої
технологічної підсистеми формоутворення деталей, в основі якої лежить
проблемно-орієнтований аналіз імітаційної реологічної моделі окремих
технологічних переходів та комплекс аналітично-прикладних програм
формування параметрів точності, деформаційних, термодинамічних,
мікрогеометричних, структурних та фазових параметрів оброблюваних
поверхонь.
Створити методики імітаційного моделювання мікрогеометричних та
залишкових напружено-деформаційних параметрів механічного оброблення
деталей з наступним аналізом їх впливу на функціональні властивості окремих
поверхонь та виробу в цілому в умовах його потенційної експлуатації.
Засобами математичного моделювання забезпечити формалізацію зв’язків
між структурою технологічного процесу і його параметрами та домінуючими
експлуатаційними властивостями деталей.
Розробити методику структурно-параметричної оптимізації
функціонально-орієнтованого технологічного процесу та алгоритм розрахунку
інтегрального кваліметричного показника, який системно характеризує
функціональні властивості навантажених поверхонь виробу.
Провести експериментальну апробацію та навести узагальнюючий приклад
реалізації запропонованої теорії функціонально-орієнтованого проектування
технологічних процесів механічного оброблення виробів машинобудування.
експлуатаційних властивостей деталей машин шляхом формування комплексу
оптимальних параметрів якості поверхонь на засадах функціонально-
орієнтованих технологій механічного оброблення виробів, проектування яких
здійснюється засобами паралельного інжинірингу..
Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі необхідно 9
Провести аналіз сучасного стану технологічного забезпечення
інтегрованих систем автоматизованої підготовки машинобудівного виробництва
та розробки методів прогнозуючого моделювання процесів механічного
оброблення виробів.
Розробити методичне та алгоритмічне забезпечення автоматизованої
технологічної підсистеми формоутворення деталей, в основі якої лежить
проблемно-орієнтований аналіз імітаційної реологічної моделі окремих
технологічних переходів та комплекс аналітично-прикладних програм
формування параметрів точності, деформаційних, термодинамічних,
мікрогеометричних, структурних та фазових параметрів оброблюваних
поверхонь.
Створити методики імітаційного моделювання мікрогеометричних та
залишкових напружено-деформаційних параметрів механічного оброблення
деталей з наступним аналізом їх впливу на функціональні властивості окремих
поверхонь та виробу в цілому в умовах його потенційної експлуатації.
Засобами математичного моделювання забезпечити формалізацію зв’язків
між структурою технологічного процесу і його параметрами та домінуючими
експлуатаційними властивостями деталей.
Розробити методику структурно-параметричної оптимізації
функціонально-орієнтованого технологічного процесу та алгоритм розрахунку
інтегрального кваліметричного показника, який системно характеризує
функціональні властивості навантажених поверхонь виробу.
Провести експериментальну апробацію та навести узагальнюючий приклад
реалізації запропонованої теорії функціонально-орієнтованого проектування
технологічних процесів механічного оброблення виробів машинобудування.
ВСТУП…………………………………………………………………….………. 6
РОЗДІЛ 1. Сучасний стан технологічного забезпечення інтегрованих систем
автоматизованої підготовки машинобудівного виробництва та розробки
методів прогнозуючого моделювання процесів механічного оброблення
виробів……………………………………………………………………………… 14
1.1. Особливості та тенденції розвитку інтегрованих САD/CAE/САРР/CAM
систем та PLM технологій в машинобудуванні ……………………………...… 14
1.2. Концептуальні проблеми проектування та дослідження об’єктно-
орієнтованих та функціонально-орієнтованих технологічних процесів ……. 32
1.3. Огляд сучасних методів імітаційного моделювання процесів
формоутворення деталей в машинобудуванні ……………………………...…... 43
1.4. Аналіз сучасних методів прогнозування якості життєвого циклу виробів
на етапі технологічної підготовки машинобудівного виробництва ……...…… 56
1.5. Мета і основні завдання дисертаційної роботи………………..…………… 68
РОЗДІЛ 2. Методологія функціонально-орієнтованого проектування
технологічних процесів в машинобудуванні …………………………………… 70
2.1. Структура та особливості використання автоматизованої технологічної
системи формоутворення (CAF-системи), як основи синтезу функціонально-
орієнтованих технологій …………………………………………………………. 70
2.2. Методика компʼютерно-імітаційного (реологічного) моделювання
напружено-деформованого та термодинамічного стану матеріалу заготовки в
зоні різання на основі теорії скінчених елементів………………………………. 76
2.2.1. Механіка дислокацій при різанні та моделювання процесів
руйнування та пластичного деформування виробів методами скінчених
елементів ..………………………………………….…………………………. 79
2.2.2. Аналіз та вибір критерію локального руйнування при різанні ……... 101
2.3. Методика імітаційного реологічного МКЕ моделювання процесу
формоутворення деталей різанням……………………………………………….. 113
2.4. Висновки розділу 2……………………………………………...……………. 126 3
РОЗДІЛ 3. Методологічні дослідження технологічних переходів
формоутворення деталей в CAF-системі (Computer Aided Forming System) … 131
3.1. Аналіз впливу силових чинників технологічних переходів механічного
оброблення деталей на напружено-деформований стан заготовки в зоні
формоутворення методом скінченних елементів ………………………………………... 131
3.2. Аналіз формування силового та напружено-деформованого стану при
обробленні деталей з найбільш репрезентативних машинобудівних
матеріалів …………………….…………………………………………………... 137
3.2.1. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з конструкційних сталей на основі аналізу імітаційно-
реологічних моделей ……………………………………..……………….. 136
3.2.2. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з легованих сталей на основі аналізу імітаційно-реологічних
моделей …………………………………………………………………….. 138
3.2.3. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з алюмінієвих сплавів на основі аналізу імітаційно-реологічних
моделей ……………………………………………………………………. 140
3.2.4. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з жароміцних сталей та сплавів конструкційних сталей на
основі аналізу імітаційно-реологічних моделей формоутворення …... 142
3.2.5. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з титанових сплавів на основі аналізу імітаційно-реологічних
моделей …………………………………………………………….……….. 147
3.3. Аналіз залежності технологічних параметрів різання від переднього кута
різального клина на основі реологічного моделювання …………………...…... 151
3.4. Аналіз результатів імітаційного (реологічного) моделювання щодо
впливу температурних чинників на стан поверхонь в процесі їх
формоутворення ……………………………………………..…………………… 161
Висновки до розділу 3 ……………………………………...…………………….. 178
4
РОЗДІЛ 4. Технологічні основи формування параметрів мікрогеометрії та
якості поверхонь деталей машин деталей як результат роботи
автоматизованої технологічної системи формоутворення …………………..…
186
4.1. Дослідження моделі формування мікронерівності поверхні з
урахуванням пластичної течії матеріалу …..………………..………………..… 187
4.1.1 Концептуальна модель формування основних параметрів
мікротопології поверхонь ………………………………………...………… 187
4.1.2. Математичне моделювання вібраційної складової мікронерівності
поверхні в процесі її формоутворення ……………………………………... 192
4.1.3. Визначення деформаційної складової параметру шорсткості із
застосування методів реологічного імітаційного моделювання ……...….. 206
4.2. Реологічна модель формування фізико-механічних властивостей
поверхневого шару заготовки при обробленні різанням ……………...……….. 214
4.2.1. Реологічне моделювання та аналіз впливу технологічних чинників
на формування залишкових напружень І роду ……………………...…….. 217
4.2.2. Реологічне моделювання та аналіз впливу технологічних чинників
на формування залишкових напружень IІ роду ……………………..…… 228
4.3. Моделювання залишкових деформацій, що формуються в результаті
виконання технологічного переходу лезового оброблення деталі ………..….. 238
4.4. Експериментальні дослідження залишкових напружень та деформацій
методом ультразвукової акустичної тензометрії ……………………..……….. 246
4.4.1. Мета та постановка задачі експерименту …………………..………. 246
4.4.2. Опис методики експериментальних акустотензометричних
досліджень ………………………………………………………..…………. 248
4.4.3. Планування та опрацювання результатів експериментальних
досліджень …………………..………………………………………………. 252
Висновки до розділу 4……………………………………………..……………... 261
РОЗДІЛ 5. Структурно-параметрична оптимізація функціонально-
орієнтованого технологічного процесу ………………………………………… 267
5
5.1. Математичне моделювання основних експлуатаційних властивостей
(реакцій) функціональних поверхонь трибомеханічних систем з врахуванням
технологічних чинників …………………………………………………….……
267
5.1.1. Математична модель зносостійкості функціональних поверхонь
виробу з врахуванням технологічних чинників …………………………… 274
5.1.2. Математична модель втомної міцності з врахуванням
конструкторсько-технологічних чинників ……………...…………………. 286
5.1.3. Математична модель корозійної стійкості з врахуванням
технологічних чинників ……………………………………………...……... 289
5.1.4. Математична модель мастильної утримуючої здатності
функціональних поверхонь виробу з врахуванням технологічних
чинників ……………………………………………………………..………. 295
5.2. Постановка задачі та методика структурно-параметричної оптимізації
функціонально-орієнтованого технологічного процесу …………………...…... 299
5.3. Математично-логічний апарат та узагальнений алгоритм структурно-
параметричної оптимізації функціонально-орієнтованого технологічного
процесу ……………………………………………………..……………………... 312
Висновки до розділу 5……………………………………...……………………... 332
РОЗДІЛ 6. Узагальнений приклад формування та структурно-параметричної
оптимізації функціонально-орієнтованого технологічного процесу ………..… 338
6.1. Вихідні дані на проектування ……………………………………………….. 339
6.2. Імітаційно-аналітичний аналіз впливу технологічних чинників на
напружено-деформований та структурно-фазовий стан функціональних
поверхонь деталей прес-форм ………………………………………..…………. 347
6.3. Структурно-параметрична оптимізація функціонально-орієнтованого
технологічного процесу оброблення виштовхувача прес-форми …………..… 367
Висновки до розділу 6……………………………………………………….…... 379
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ …………………………………………………………. 386
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………..………………………….. 391
ДОДАТКИ……………………………………………………..………………….. 424
РОЗДІЛ 1. Сучасний стан технологічного забезпечення інтегрованих систем
автоматизованої підготовки машинобудівного виробництва та розробки
методів прогнозуючого моделювання процесів механічного оброблення
виробів……………………………………………………………………………… 14
1.1. Особливості та тенденції розвитку інтегрованих САD/CAE/САРР/CAM
систем та PLM технологій в машинобудуванні ……………………………...… 14
1.2. Концептуальні проблеми проектування та дослідження об’єктно-
орієнтованих та функціонально-орієнтованих технологічних процесів ……. 32
1.3. Огляд сучасних методів імітаційного моделювання процесів
формоутворення деталей в машинобудуванні ……………………………...…... 43
1.4. Аналіз сучасних методів прогнозування якості життєвого циклу виробів
на етапі технологічної підготовки машинобудівного виробництва ……...…… 56
1.5. Мета і основні завдання дисертаційної роботи………………..…………… 68
РОЗДІЛ 2. Методологія функціонально-орієнтованого проектування
технологічних процесів в машинобудуванні …………………………………… 70
2.1. Структура та особливості використання автоматизованої технологічної
системи формоутворення (CAF-системи), як основи синтезу функціонально-
орієнтованих технологій …………………………………………………………. 70
2.2. Методика компʼютерно-імітаційного (реологічного) моделювання
напружено-деформованого та термодинамічного стану матеріалу заготовки в
зоні різання на основі теорії скінчених елементів………………………………. 76
2.2.1. Механіка дислокацій при різанні та моделювання процесів
руйнування та пластичного деформування виробів методами скінчених
елементів ..………………………………………….…………………………. 79
2.2.2. Аналіз та вибір критерію локального руйнування при різанні ……... 101
2.3. Методика імітаційного реологічного МКЕ моделювання процесу
формоутворення деталей різанням……………………………………………….. 113
2.4. Висновки розділу 2……………………………………………...……………. 126 3
РОЗДІЛ 3. Методологічні дослідження технологічних переходів
формоутворення деталей в CAF-системі (Computer Aided Forming System) … 131
3.1. Аналіз впливу силових чинників технологічних переходів механічного
оброблення деталей на напружено-деформований стан заготовки в зоні
формоутворення методом скінченних елементів ………………………………………... 131
3.2. Аналіз формування силового та напружено-деформованого стану при
обробленні деталей з найбільш репрезентативних машинобудівних
матеріалів …………………….…………………………………………………... 137
3.2.1. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з конструкційних сталей на основі аналізу імітаційно-
реологічних моделей ……………………………………..……………….. 136
3.2.2. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з легованих сталей на основі аналізу імітаційно-реологічних
моделей …………………………………………………………………….. 138
3.2.3. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з алюмінієвих сплавів на основі аналізу імітаційно-реологічних
моделей ……………………………………………………………………. 140
3.2.4. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з жароміцних сталей та сплавів конструкційних сталей на
основі аналізу імітаційно-реологічних моделей формоутворення …... 142
3.2.5. Дослідження силових параметрів механічного оброблення
виробів з титанових сплавів на основі аналізу імітаційно-реологічних
моделей …………………………………………………………….……….. 147
3.3. Аналіз залежності технологічних параметрів різання від переднього кута
різального клина на основі реологічного моделювання …………………...…... 151
3.4. Аналіз результатів імітаційного (реологічного) моделювання щодо
впливу температурних чинників на стан поверхонь в процесі їх
формоутворення ……………………………………………..…………………… 161
Висновки до розділу 3 ……………………………………...…………………….. 178
4
РОЗДІЛ 4. Технологічні основи формування параметрів мікрогеометрії та
якості поверхонь деталей машин деталей як результат роботи
автоматизованої технологічної системи формоутворення …………………..…
186
4.1. Дослідження моделі формування мікронерівності поверхні з
урахуванням пластичної течії матеріалу …..………………..………………..… 187
4.1.1 Концептуальна модель формування основних параметрів
мікротопології поверхонь ………………………………………...………… 187
4.1.2. Математичне моделювання вібраційної складової мікронерівності
поверхні в процесі її формоутворення ……………………………………... 192
4.1.3. Визначення деформаційної складової параметру шорсткості із
застосування методів реологічного імітаційного моделювання ……...….. 206
4.2. Реологічна модель формування фізико-механічних властивостей
поверхневого шару заготовки при обробленні різанням ……………...……….. 214
4.2.1. Реологічне моделювання та аналіз впливу технологічних чинників
на формування залишкових напружень І роду ……………………...…….. 217
4.2.2. Реологічне моделювання та аналіз впливу технологічних чинників
на формування залишкових напружень IІ роду ……………………..…… 228
4.3. Моделювання залишкових деформацій, що формуються в результаті
виконання технологічного переходу лезового оброблення деталі ………..….. 238
4.4. Експериментальні дослідження залишкових напружень та деформацій
методом ультразвукової акустичної тензометрії ……………………..……….. 246
4.4.1. Мета та постановка задачі експерименту …………………..………. 246
4.4.2. Опис методики експериментальних акустотензометричних
досліджень ………………………………………………………..…………. 248
4.4.3. Планування та опрацювання результатів експериментальних
досліджень …………………..………………………………………………. 252
Висновки до розділу 4……………………………………………..……………... 261
РОЗДІЛ 5. Структурно-параметрична оптимізація функціонально-
орієнтованого технологічного процесу ………………………………………… 267
5
5.1. Математичне моделювання основних експлуатаційних властивостей
(реакцій) функціональних поверхонь трибомеханічних систем з врахуванням
технологічних чинників …………………………………………………….……
267
5.1.1. Математична модель зносостійкості функціональних поверхонь
виробу з врахуванням технологічних чинників …………………………… 274
5.1.2. Математична модель втомної міцності з врахуванням
конструкторсько-технологічних чинників ……………...…………………. 286
5.1.3. Математична модель корозійної стійкості з врахуванням
технологічних чинників ……………………………………………...……... 289
5.1.4. Математична модель мастильної утримуючої здатності
функціональних поверхонь виробу з врахуванням технологічних
чинників ……………………………………………………………..………. 295
5.2. Постановка задачі та методика структурно-параметричної оптимізації
функціонально-орієнтованого технологічного процесу …………………...…... 299
5.3. Математично-логічний апарат та узагальнений алгоритм структурно-
параметричної оптимізації функціонально-орієнтованого технологічного
процесу ……………………………………………………..……………………... 312
Висновки до розділу 5……………………………………...……………………... 332
РОЗДІЛ 6. Узагальнений приклад формування та структурно-параметричної
оптимізації функціонально-орієнтованого технологічного процесу ………..… 338
6.1. Вихідні дані на проектування ……………………………………………….. 339
6.2. Імітаційно-аналітичний аналіз впливу технологічних чинників на
напружено-деформований та структурно-фазовий стан функціональних
поверхонь деталей прес-форм ………………………………………..…………. 347
6.3. Структурно-параметрична оптимізація функціонально-орієнтованого
технологічного процесу оброблення виштовхувача прес-форми …………..… 367
Висновки до розділу 6……………………………………………………….…... 379
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ …………………………………………………………. 386
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………..………………………….. 391
ДОДАТКИ……………………………………………………..………………….. 424
Читати онлайн
0
Що ще подивитися
Автоматизація неперервних технологічних процесів
Ярослав Проць,Ольга Данилюк,Тарас Лобур
Теорія систем в екології
Юрій Масікевич,Олексій Шестопалов,Анатолій Негадайло,Леонід Пляцук,Лариса Гурець,Роман Васькін
Лабораторний практикум із дисципліни «Харчові технології»
Федір Перцевой,Олена Дроменко,Петро Гурський
Математичні методи та моделі для магістрів з економіки. Практичні застосування
Юрій Козак,Валерій Мацкул