Autor: dr inż. Radosław Łyszkowski · 80 Wprowadzenie efektywnej grafiki komputerowej. ......

Ćwiczenie audytoryjne

pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW

OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Autor: dr inż. Radosław Łyszkowski

Warszawa, 2013r.

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Wojskowa Akademia Techniczna dr inż. R. Łyszkowski

WTC dla WME

Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii - 1 -

Metoda elementów skończonych MES

FEM - Finite Element Method

przybliżona metoda numeryczna,

stosowana do obliczeń inżynierskich,

polega na zastąpieniu układu ciągłego układem dyskretnym.

MES - pewien sposób postępowania mający na celu

rozwiązywanie jakiegoś fizycznego zadania. Jest to określony ciąg

operacji wykonywanych przez inżyniera projektanta i komputer, w

trakcie poszukiwania rozwiązania, począwszy od sformułowania

zadania, a skończywszy na graficznej interpretacji wyników

obliczeń.

Lata (XX. w.)

40 Początki prac związanych z MES.

50 Zastosowanie metod macierzowych do analizy konstrukcji.

Zastosowanie metody przemieszczeń i metody sił do

analizy złożonych konstrukcji lotniczych i kosmicznych.

Pierwsze komputery.

60 Powstanie nazwy „Element Skończony”.

Modele jednowymiarowe o stałych własnościach.

70 Zastosowanie MES głównie w przemyśle kosmicznym i

motoryzacyjnym.

Modele 2D o własnościach nieliniowych.

80 Wprowadzenie efektywnej grafiki komputerowej.

Modele 3D o bardzo skomplikowanych własnościach.

90 MES staje się standardowym narzędziem w analizie

konstrukcji.



WTC dla WME


MES - model matematyczny

Podział obszaru na elementy skończone (Mesh);

Przyjęcie punktów węzłowych (naroża);

Określenie dla każdego elementu (całego układu) macierzy lub

funkcji opisującej jego własności;

Określenie warunków brzegowych i obciążeń;

Rozwiązanie podstawowego układu równań i funkcji

pochodnych.

Element skończony Węzeł

Detal Podział na elementy Siatka MES



WTC dla WME


MES - uwarunkowania

Materiału: izotropowy, liniowo - sprężysty

E = 2.1x1011Pa - moduł Young’a

= 0.3 - współczynnik Poisson’a

Stopnie swobody to niezależne możliwości ruchu punktu,

3 translacyjne i 3 rotacyjne 3 składowe siły i 3 s. momentu.

Więzy to warunki ograniczające ruch układu. Więzy opisują

sposób połączenia modelu z otoczeniem i powodują odebranie

odpowiednich stopni swobody: translacyjnych lub rotacyjnych.

Geometria

Element

y Obciążenia

Więzy

Materiały

Analiza

modelu

Rozw

iąza

nie

Analiza

wyników

Przemieszczenia

Siły

Odkształcenia

Naprężenia

Plany warstwicowe

Wykresy X - Y

Wdruki obliczeń Właściwości

q F p



WTC dla WME


MES - przykłady

Modele numeryczne 3D, rozkłady naprężeń zredukowanych

(wg hipotezy Hubera-Misesa) oraz przemieszczeń

wypadkowych



WTC dla WME


FormFEM

Programy FormFEM służy do komputerowego

modelowania 2 lub 2.5D procesów objętościowej

obróbki plastycznej materiałów metalicznych, takich

jak stal, aluminium i jego stopy. Umożliwia on zbadanie zjawisk

zachodzących podczas wybranych procesów kształtowania, a

zwłaszcza:

symulację odkształcenia plastycznego w osiowej symetrii lub

dla płaskiego stanu odkształcenia;

obliczenie temperatur w materiale i w narzędziu;

obliczenie deformacji, odkształceń i naprężeń;

uwzględnienie rozszerzalności cieplnej wsadu i narzędzi,

przepływu ciepła;

do symulacji procesów obróbki na gorąco lub na zimno.

Program umożliwia symulację procesu:

tłoczenia,

kucia swobodnego i matrycowego,

ciągnienia i wyciskania,

zaginania i rozciągania

walcowania.

Programy FormFEM oparty jest na zastosowaniu metody

elementów skończonych do obliczeń procesu odkształcenia

plastycznego. Część obliczeniowa programu składają się z trzech

zasadniczych elementów:

1. preprocesora - tworzenie zadania do rozwiązania,

2. procesora - zasadnicza część obliczeniowa,

3. postprocesora - graficzna prezentacja uzyskanych wyników.

Program zakłada sztywno plastyczny model ciała, przez co

niemożliwe jest symulowanie procesów obróbki elementów typu

blacha.



WTC dla WME


FormFEM – organizacja

Projekt A Operacja 1

Operacja 2

Operacja 3

Operacja 4

Obiekt

Wsad

Obiekt

Narzędzie 1

Obiekt

Narzędzie 10

Projekt B

Projekt C

Zestaw1



WTC dla WME


FormFEM - preprocesor

Analiza obliczeniowa:

tylko mechaniczna (bez zmiany temperatury),

mechaniczna cieplnie powiązana (warunki rzeczywiste),

tylko cieplna (obciążenia termiczne),

początkowa rozszerzalność.

Model obliczeniowy zestawu

Model oblicz. obiektu

(narzędzie) N

Model warunków

brzegowych

Model zdarzeń

Rodzaj obciążenia

Model geometrii

siatki MES

Model oblicz. obiektu

(wsad) W

płaski

osiowo symetryczny

Model właściwości

początkowych

Materiał

Temperatura

początkowa

Odkształcenia

początkowe



WTC dla WME


FormFEM - procedura 1

Nowy projekt Operacja 1 Nowy wsad (narzędzie)

Listwa ikon Geometria i Siatka Obiektu

Aktywować okno Explorera

aktywuje główne okno Explorera zawierające podstawowe funkcje

Właściwości Obiektu

aktywuje okno zawierające podstawowe funkcje dla wytwarzania i

dołączania Właściwości jednakowego Obiektu.



WTC dla WME


Listwa ikon Geometria

Punkt

Punkt w miejscu przecięcia bez rozdzielenia elementów

Punkt w miejscu przecięcia z rozdzieleniem jednego elem

Punkt w miejscu przecięcia z rozdzieleniem obu elem.

Złączanie punktów

Odcinki

Odcinek dwoma punktami

Odcinek długością i kierunkiem

Linia łamana

Styczna

Łuki

Łuk dwoma punktami

Łuk trzema punktami

Łuk środkiem, promieniem i kątem

Okręgi

Okrąg środkiem i punktem

Okrąg dwoma punktami

Okrąg trzema punktami



WTC dla WME


Wielokąty

Prostokąt wierzchołkami

Wielokąt wpisany w okrąg

Wielokąt opisany na okręgu

Zaokrąglenie

Zaokrąglenie promieniem

Zaokrąglenie dla trzech odcinków

Skos

Rozdzielanie

Rozdzielenie ilością odcinków

Rozdzielenie parametryczne

Rozdzielenie punktem

Obcinanie

Obcinanie z wyborem co zostawić

Obcinanie z wyborem co usunąć

Róg



WTC dla WME


Listwa ikon Siatka i Raster

zawiera funkcje dla wytworzenia siatki

MES. Do jej wytworzenia na obiekcie

konieczne jest wytworzenie jego

makroopisu, to znaczy wytworzenie systemu makroelementów,

które go pokrywają. Makroelement to zamknięty ciąg

makrokrawędzi (odcinków i łuków) na którym można utworzyć

siatkę MES.

Makroopis

Makroelement automatycznie (ogólny wielokąt),

m.el. 4-kąt logiczny, 3-kąt, połączenie makrokrawędzi ...

Rozdzielanie makrokrawędzi

Rozdzielenie według ilości

Rozdzielenie według długości

Ilość odcinków krawędzi m.el.

Siatka MES

Siatka dla rozdzielonych makrokrawędzi

Siatka z rozdzieleniem makrokrawędzi

Wielkość siatki

Obcięcie siatki usunie wybraną część siatki MES Obiektu

leżącą na wybranej stronie cięcia

Raster wprowadza początkowy raster dla Obiektu Wsad



WTC dla WME


Listwa ikon Funkcje pomocnicze

Mierzenie

Mierzenie odległości

Mierzenie długości

Mierzenie kątów

Układ współrzędnych

Nowy układ współrzędnych

Początkowy układ współrzędnych

Transformacje

Przesunięcie

Obrócenie

Zmiana wielkości

Odbicie lustrzane

Funkcje pomocnicze - menu główne



WTC dla WME


FormFEM - procedura 2

Właściwości obiektu Obiekt

Materiał



WTC dla WME


Geometria i Siatka Obiektu

Zmiana zestawu

Właściwości

Dołączyć temperaturę

Dołączyć materiał

Dołączyć odkształcenie

Baza Danych Materiałów



WTC dla WME


FormFEM - Model właściwości materiału

Właściwości elastyczne Właściwości plastyczne na gorąco

Model krzywych płynięcia na gorąco - równanie Spittel’a

Właściwości plastyczne na zimno

Równanie Spittel’a

Wielomian

Model potęgowy

Tablica

Właściwości termomechaniczne



WTC dla WME


FormFEM - procedura 3 Polecenie Zestaw

Zestaw 2D – model realizuje tylko przemieszczenia w osi X i Y

2.5D – model dopuszcza płyniecie materiału w kierunku osi Z

Warunki i Zdarzenia

Ruch – kinematyczny lub technologiczny opis ruchu narzędzia,

Kontakt – opis tarcia i przepływu ciepła na powierzchni styku

narzędzia i wsadu,

Wymiana ciepła – opis przepływu ciepła na pow. swobodnej,

Naprężenie powierzchniowe – naprężenie normalne i ścinające;

Pozycyjne,

Czasowe.



WTC dla WME


Właściwości Obiektu

Wykreślić wyniki

Włożyć Obiekt

Usunąć Obiekt

Automatyczny kontakt narzędzia z wsadem

Dołączyć podpory

Dołączyć ruch

Dołączyć wymianę ciepła

Dołączyć kontakt

Dołączyć naprężenie powierzchniowe

Baza danych warunków

Zdarzenie wyznaczone odległością narzędzi

Punkty obserwacyjne

Określenie tolerancji dla obliczeń

Autor: dr inż. Radosław Łyszkowski · 80 Wprowadzenie efektywnej grafiki komputerowej. ......

Documents

Transcript of Autor: dr inż. Radosław Łyszkowski · 80 Wprowadzenie efektywnej grafiki komputerowej. ......